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POSGRADO CIENCIAS APLICADAS
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ
FACULTAD DE CIENCIAS
Av. Dr. Salvador Nava Mtz. S/N Zona Universitaria
Teléfono 826-24-91; www.fciencias.uaslp.mx
San Luis Potosí, S.L.P., México
NANOTUBOS Y NANOHILOS
Prerrequisito sugerido: Fisico-Quimica I
Modalidad: Teórico
Carga horaria: 5 horas/semana
Semestre: Optativa (II o III semestre)
Elaboró: Dr. V. H. Mendez Garcia, Dr. Esteban Cruz H
Fecha: Julio de 2010
PROGRAMA
Presentación
Las propiedades y fenomenos Fisico-quimicos de los sistemas materiales, que surgen cuando estos poseen
dimensiones en escala nanometrica, presentan características únicas cuyo estudio resulta central en la Nanociencia.
En el presente curso de Físico-química II: Aplicaciones, se aplican los conocimientos adquiridos en el curso Físicoquímica I: Fundamentos, para estudiar diversos sistemas u objetos de dimensiones nanometricos de interes actual.
En este curso se describen las varias familias de nano objetos haciendo énfasis en la físico-química involucrada en
los procesos de su síntesis y en el estudio de sus propiedades.
Objetivo general
Al finalizar el curso el alumno tendrá la habilidad de emplear los fundamentos de la Fisico-Quimica para describir y
entender las propiedades y características de los nano sistemas. A su vez, habrá estudiado un importante número
de diferentes sistemas nanométricos que le otorgaran una visión amplia de las diversas ramas de la Nanociencia.
UNIDAD I. Cúmulos y Coloides (20 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES
Al final de la unidad el alumno reconocerá las propiedades de los cúmulos y coloides, los cuales pueden estar
formados por unas cuantas decenas o hasta decenas de miles de átomos y sus diámetros pueden tener valores
entre 1 y 10 nm. Estudiará los efectos de tamaño, temperatura y los efectos cuánticos de estas nanoestructuras.
UNIDAD I. Cúmulos y Coloides
1.1 Configuraciones de equlibrio
1.1.1 Modelo de gota líquida
1.1.2 Poliedro de Wulff
1.1.3 Otros poliedros
1.1.4 Enlace de Van der Waals
1.1.5 Enlace Covalente
1.1.6 Enlace Iónico
1.2 Efectos de tamaño de cúmulo
1.2.1 Propiedades térmodinamicas: Temperatura de fundido
1.2.2 Propiedades eléctrónicas
1.3 Efectos por fluctuaciones
1.3.1 Temperatura de fundido
1.3.2 Modelo de Kubo
1.4 Efectos cuánticos específicos en sistemas a nanoescala y excitaciones colectivas
14.1 Estructura de capas electrónicas
1.4.2 Super-capas electrónicas
1.4.3 Propiedades ópticas. Excitaciones colectivas
1.5 Métodos de preparación
1.5.1 Métodos físicos de fase gaseosa
1.5.2 Métodos químicos de fase líquida
POSGRADO CIENCIAS APLICADAS
1.6 Ensamble de cúmulos o coloides
1.6.1 Ensamble de cúmulos metálicos
1.6.2 Técnicas de síntesis por deposito de cúmulos y coloides
1.6.3 Mecanismos típicos de formación de nanoestructuras mediante ensamble de cúmulos
1.6.4 Ejemplos de sistemas nanoestructurados avanzados
UNIDAD II. Fulerenos y nanotubos de carbono (20 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
En esta unidad el alumno recibirá una introducción general a los fulerenos, los nanotubos de carbono y otros temas
relacionados. Aprenderá las diferencias entre estas nanoestructuras y los otros estados cristalinos del carbono y
aprenderá las características únicas que los distinguen. También revisará los principales métodos de sintetización,
los procesos de formación y sus propiedades físico-químicas.
2.1 Introducción
2.2 Nanotubos y las formas cristalinas del Carbón
2.2.1 Diamante y grafito
2.2.2 El descubrimiento de los fulerenos
2.2.3 El descubrimiento de los nanotubos
2.3 Fulerenos
2.3.1 Estructura de los fulerenos
2.3.2 Producción de fulerenos
2.3.3 Propiedades fisicoquímicas del C60
2.4 Nanotubos de carbono
2.4.1 Estructura cristalina de los nanotubos
2.4.2 Estructura electrónica de los nanotubos
2.4.3 Auto organización de nanotubos
2.4.4 Variedades químicas de nanotubos
2.4.5 Síntesis de nanotubos
2.4.6 Mecanismos de crecimiento de los nanotubos de carbono
2.4.7 Observación de nanotubos
2.4.8 Propiedades de naotubos
2.4.9 Aplicaciones
UNIDAD III. Nano hilos (20 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
Al final de la unidad el alumno entenderá él concepto de nano hilos o hilos cuánticos y revisará los diferentes
procesos de síntesis, sus principales propiedades y sus aplicaciones potenciales.
3.1 Fabricación de nano hilos
3.2 El procedimiento Top-Down
3.2.1 litografía suave
3.2.2 Litografía de Campo-Cercano
3.3 El procedimiento Bottom-Up
3.3.1 Auto ensamblado sobre superficies
3.3.2 Síntesis Vapor-Líquido-Sólido
3.3.3 Uso de matrices porosas
3.4 Conducción eléctrica en nano hilos
3.4.1 Contactos eléctricos
3.4.2 Transporte incoherente
3.4.3 Cadenas atómicas y Moléculas
UNIDAD IV. Nano-Objectos (20 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
POSGRADO CIENCIAS APLICADAS
En esta unidad el alumno estudiará otra variedad de nano sistemas o nano objetos no tratados en las unidades
anteriores. Estos nano-objetos se forman por el auto ensamblado de diferentes tipos de moléculas o monómeros.
4.1 Dendrímeros
4.1.1 Síntesis divergente
4.1.2 Síntesis convergente
4.2 Supramoléculas
4.2.1 Auto ensamblado mediante efectos de patrones en 3D inducida por un catión metálico
4.2.2 Auto ensamblado mediante enlaces de Hidrógeno
4.2.3 Auto ensamblado por interacciones hidrofóbicas, interacciones-π e interacciones de transferencia de
carga.
4.2.4 Máquinas moleculares
4.3 Ensambles polimoleculares
4.3.1 Auto ensamblado en bulto
4.3.2 Auto ensamblado sobre superficies
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Exposición teórica (profesor) seguida de aplicaciones y ejemplos. Trabajo fuera de clase y realización de mesas de
trabajo (alumnos). Se apoyará el curso con material audiovisual.
CRITERIOS DE EVALUACION
De acuerdo al Reglamento de exámenes de la UASLP, la calificación final se obtiene del promedio de tres
exámenes parciales. La calificación de cada uno de los exámenes parciales se obtiene de la siguiente forma:
examen escrito (50 %), tareas, caso de estudio (o problema de diseño) (30 %) y participación en clase (20 %).
2. BIBLIOGRAFÍA
[1] Callister W. D. Jr., Materials Science and Engineering, Seventh Edition, John Wiley & Sons, Inc. (2007). 1.
MacKenzie, M.J.K., Moore, A.J.W., and Nicholas, J.F.: J. Phys. Chem. Solids 23, 185 (1962).
[2] Guldi, D.M., and Martin, N. (Eds): Fullerenes: From Synthesis to Optoelectronic Applications, Kluwer Academic
Publisher, Dordrecht (2002) .
[3] Petit, P., and Loiseau, A. (Eds): Nanotubes: Science and Applications, C.R. Physics (Elsevier) (2003).
[4] Imry, Y.: Introduction to Mesoscopic Physics, Oxford University Press, Oxford (1997).
[5] Newkome, G.R., Moorefield, C.N., V¨ogtle, F.: Dendrimers and Dendrons: Concept, Synthesis, Applications,
Wiley-VCH, Weinheim (Germany) (2001).
[6] Lehn, J.M.: Supramolecular Chemistry, Concepts and Perspectives, Wiley-VCH, Weinheim (Germany) (1995).