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Presentación

La ciencia e ingeniería de materiales con baja dimensionalidad toma como base el desarrollo de nuevos materiales para trabajar en (a) la síntesis y el procesamiento de los materiales de baja dimensionalidad, (b) la comprensión de las propiedades fisicoquímicas relacionadas con la escala submicrónica, (c) el diseño y la fabricación de nano-dispositivos o dispositivos con los nano y micromateriales como bloques de construcción, (d) el diseño y la construcción de nuevas herramientas para la síntesis y caracterización de nanoestructuras y nanomateriales, y (e) estudio de estructuras e interfaces en nanomateriales sintetizados. Al controlar el tamaño deseado, la morfología, la microestructura cristalina y la composición química de los materiales de baja dimensionalidad, es posible obtener nuevos materiales y materiales híbridos con aplicaciones tecnológicas potenciales.

En la línea se aborda principalmente el estudio de las propiedades ópticas, eléctricas y texturales de estructuras semiconductoras de dimensiones reducidas para el desarrollo de: biomarcadores, nanoestructuras semiconductoras porosas y materiales multifuncionales para aplicaciones en energías limpias renovables y sustentables empleando técnicas de química verde y eco diseño. Así como la síntesis y ensamble de materiales semiconductores de los grupos III-V y II-VI mediante rutas alternativas, ejemplo de ello son los nuevos métodos epitaxiales, que permiten el control detallado de sus propiedades físicas y químicas. Por lo tanto, nuestras direcciones principales de investigación están relacionadas con líneas de trabajo y/o generación del conocimiento que son congruentes con los objetivos del programa.

 

Objetivo

El objetivo de esta línea de investigación es la formación de capital humano de alto nivel académico y científico en el campo de materiales de baja dimensionalidad con diversas aplicaciones, capaces de realizar investigaciones que contribuyan al desarrollo de la ciencia y la tecnología, para coadyuvar a la identificación y solución de diversas problemáticas del país.

El alumno podrá diseñar, sintetizar desde el punto de vista de la química verde, caracterizar y evaluar las propiedades y las aplicaciones de diversos materiales de baja dimensionalidad, para comprender los fundamentos y las técnicas de procesamiento para obtener materiales con tamaños y morfologías controladas, propiedades de la superficie, defectos, propiedades de autoensamblaje, diseñados para llevar a cabo las funciones y usos específicos en diversas aplicaciones en el ámbito ambiental, energético, catalítico, optoelectrónico y sistemas biológicos.

 

Objetivos específicos

  • Desarrollar la tecnología para obtener nanocristales semiconductores (NCS) de los grupos III-V, como por ejemplo: InP y nanoestructuras de InP/ZnS por la ruta coloidal .Con un control de tamaños (de 1 a 10 nm).
  • Desarrollar los liposomas con puntos cuánticos semiconductores y otras nanopartículas, encapsulados para obtener los sensores. Además, desarrollar fármacos teranósticos a base de liposomas con co-encapsulamiento de fármacos y/e nanopartículas para tratamiento y diagnóstico de diferentes enfermedades (cáncer, tuberculosis, etc.). Realizar la síntesis de nanopartículas, su encapsulamiento en liposomas, y el estudio de las propiedades ópticas y estructurales de los híbridos obtenidos. Analizar las propiedades de los híbridos por métodos ópticos (Raman, fotoluminiscencia), microscópicas y farmacológicas para aplicaciones biomedicas.
  • Estudiar las propiedades ópticas, estructurales y de composición de los NCS utilizando las técnicas de caracterización de TEM, HREM, HAADF, XRD, Espectroscopía Raman, XPS y SEM. Con el fin de establecer la correlación existente entre sus propiedades con los parámetros de crecimiento.
  • Funcionalizar la superficie de los NCS con diferentes grupos terminales para estudiar su biocompatibilidad y aplicarlos como sensores con características fluorescentes.
  • Sintetizar y caracterizar estructuras de baja dimensionalidad de óxidos semiconductores de los grupos II –VI como, por ejemplo: nanoalambres, nanocolumnas, nanohojas, nanotetrápodos y puntos cuánticos principalmente de ZnO dopados con elementos metálicos y tierras raras con la finalidad de incrementar sus propiedades de emisión y potencialmente ser aplicados dentro de la optoelectrónica.
  • Diseñar, sintetizar, caracterizar y evaluar materiales multifuncionales, desde una perspectiva de la Química Verde y de eco-diseño, con potenciales aplicaciones en energía y medio ambiente.

 

Líneas de trabajo y/o generación de conocimiento

Uno de los pilares del Programa de Doctorado en Tecnología Avanzada, ha sido la creación y fortalecimiento de las líneas de investigación en los campos de investigación donde el núcleo de profesores tiene sus mayores fortalezas y que sean una continuación de los proyectos y programas de estudio de la UPIITA. Caso especial es la línea de ciencia e ingeniería de materiales, dónde se aborda el diseño, la síntesis y la aplicación de materiales de baja dimensionalidad para la comprensión fundamental de las relaciones entre sus propiedades con las dimensiones de los materiales para su potencial aplicación en diversos sectores. Abordando las líneas de trabajo siguientes:

 

- Síntesis de nanocristales semiconductores de los grupos III-V y II-VI.

- Liposomas teranósticos con puntos cuánticos semiconductores y otras nanoparticulas, encapsulados para la obtención de fármacos teranósticos y sensores con aplicaciones biomedicas.

- Heteroestructuras semiconductoras de los grupos III-V para aplicaciones optoelectrónicas y fotovoltaicas

- Estudio de la estructura cristalina y de las interfaces en nanoestructuras sintetizadas

- Nanoquímica

- Materiales multifuncionales para aplicaciones en energías sustentables y en medio ambiente.

- Diseño, síntesis/fabricación y caracterización de nuevos materiales nanoestruturados de carácter metálico, semiconductor y compósitos.

 

Campos del conocimiento

  • La síntesis de materiales semiconductores del grupo III-V con dimensionalidad reducida (consideramos que es una de nuestras fortalezas ya que hasta donde sabemos ningún otro grupo en el país han sintetizado estos materiales por la ruta coloidal con la calidad, diversidad y las aplicaciones que nuestro grupo).
  • La síntesis de materiales semiconductores del grupo II–VI con dimensionalidad reducida es otra de nuestras fortalezas, ya que permite la elaboración de materiales mediante rutas alternativas de química verde, sin surfactantes y sin productos secundarios de reacción. Por lo que se tienen materiales con purezas mayores al 99.999% con rutas de bajo costo.
  • Desarrollo los liposomas teranosticos y sensores con encapsulamiento de puntos cuánticos semiconductores y otras nanopartículas, y estudio de sus propiedades ópticas y farmacológicas para obtención de los sensores son unos temas originales, que se están desarrollando en UPIITA, y no tienen análogos a nivel mundial. Estos híbridos pertenecen a las nuevas áreas de nano medicina, nano farmacéutica y nano teranósticos, y se están desarrollando para tratamiento y diagnóstico de diferentes enfermedades (cáncer, tuberculosis, tensión alta sanguínea, etc.).
  •  La caracterización fototérmica de semiconductores nanoestructurados.
  • Caracterización óptica, estructural, morfológica y eléctrica de nanoestructuras.
  • Modelado fenomenológico de estructuras y materiales semiconductores de dimensionalidad reducida.
  • Diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales multifuncionales para aplicaciones en energías renovables y medio ambiente.

 

Infraestructura asociada a la línea

  • Laboratorio de Nanomateriales.
  • Laboratorio de Nanofotónica.
  • Laboratorio de Técnicas Fototérmicas
  • Laboratorio de Dispositivos Orgánicos.
  • Laboratorio de Síntesis Química.
  • Laboratorio de Nanotecnología
  • Laboratorio de Caracterización de Materiales
  • Centro de Nanociencias y Micro- y Nanotecnologías del IPN (CNMN).
  • Laboratorio de Optoelectrónica (Escuela Superior de Física y Matemáticas del Instituto Politécnico Nacional).

 

Unidades de aprendizaje asociadas a la LGAC de Ciencia e Ingeniería de Materiales con Dimensionalidad Reducida

CLAVE

UNIDAD DE APRENDIZAJE

10B6188

Estancia de Investigación

10B6182

Nanoestructuras Semiconductoras y Puntos Cuánticos

10B6186

Tópicos Selectos en Aislamiento y Fenómenos Dieléctricos

10B6187

Tópicos Selectos en Nanomateriales

10B6189

Métodos Ópticos para la Caracterización de Materiales Nanocristalinos Porosos

10B6191

Laboratorio Avanzado I

10B6193

Introducción a los Nanotubos de Carbón

11A6337

Nanoquómica Coloidal

11B6368

Física del Estado Sólido

12A6399

Laboratorio Avanzado de Luminicescia

15A7037

Tópicos de la Física del Láser

15A7038

Tópicos de Nanobiotecnologia

16A7379

Tópicos Selectos de Fisicoquímica

17A7505

Química e Ingeniería de Nanoestructuras y Nanomateriales