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“Investigación en materiales de aplicación energética y medioambiental y su relación con la metrología y la nueva realidad en el
siglo XXI” OKTOBERMESS VIRTUAL OPENHOUSE
Universidad Mondragón
Alejandro Manzano Ramírez
CINVESTAV-IPN, Unidad Querétaro
21 Octubre 2020
2
Contenido
• Introducción
•Evolución de la metrología junto con la
tecnología
• Desarrollo de materiales y su relación con la
metrología
• Conclusiones
Introducción
•La metrología es probablemente la ciencia más antigua del
mundo y su desarrollo ha sido impulsado por las necesidades de
la actividad del ser humano en cada época.
•La metrología es una ciencia horizontalmente en la base del
conocimiento por lo que es fundamental en campos de la I+D,
como por ejemplo la fabricación industrial, la medicina, las
telecomunicaciones y el comercio.
Evolución de la metrología junto con la tecnología
5.000 a.d. Cristo. Comienzan a utilizarse las unidades de medida. El hombre eligió su propio cuerpo como base
para las primeras unidades de medida (unidades antropomórficas).
2.500 a.d. Cristo. Primer patrón sin fundamento corporal. Es una regla graduada que reposa en las rodillas de
dos estatuas del Rey-Dios Gudea. Constituía el patrón legal de la unidad de Lagash.
1.100. Se define la yarda inglesa por la distancia comprendida entre la punta de la nariz de Enrique I hasta su
dedo pulgar con el brazo totalmente estirado.
1.610. Galileo descubre la ley del péndulo y fabrica un telescopio de potencia
1.614. John Napier realiza el descubrimiento matemático de los logaritmos. Basándose en los mismos William
Oughtred construyó la primera regla deslizante
1.631. Pierre Vernier descubre el principio de división del tornillo micrométrico. Gascoigne fue el primero en
utilizar el micrómetro, si bien no lo utilizó para la medición.
1.668. Se crea en Francia un patrón de longitud denominado Toesa de Chatelet, formado por una barra de
hierro empotrada en el exterior de un muro del Gran Chatelet de París.
1.791. La Asamblea Nacional Francesa adopta un sistema de medidas cuya unidad básica es el metro, definido
como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre. Así se creo el primer sistema métrico
decimal, que se denominó genéricamente Sistema Métrico. Se basaba en dos unidades fundamentales: El metro
y el kilogramo
1.960. En la conferencia de pesas y medidas, se adopta como definición del metro aquella que lo establece como
un determinado número de longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre
los niveles 2p10 y
A finales del siglo XX y principios del XXI la Investigación, desarrollo e innovación (habitualmente indicado por la expresión I+D+i o I+D+I) es un concepto nuevo acuñado , en el contexto de los estudios de ciencia, tecnología y sociedad; como superación del anterior concepto de investigación y desarrollo (I+D).
Con base en esto , el papel de la Metrología en la I+D+i
“Las áreas tradicionales de la industria han evolucionado hacia
una mayor complejidad, requiriendo tolerancias de fabricación más exigentes y rangos de medida más amplios con menores incertidumbre” J.A.Robles Carbonell et al.*
* https://www.e-medida.es/numero-1/la-metrologia-motor-de-innovacion-tecnologica-y-desarrollo-industrial/
Desarrollo e investigación de materiales
En la actualidad la competencia global intensa y los cambios de
oportunidades del mercado obligan continuamente al desarrollo de
nuevos materiales, con tecnologías limpias reduciendo el
procesamiento de materiales con elevados costos , desgaste en
recursos naturales y contaminación ambiental.
El reto científico-técnico del siglo XXI y su costo ecológico, es
satisfacer las necesidades actuales, minimizando los impactos sobre
el medio ambiente para cubrir las necesidades sociales, sin
comprometer la capacidad de las generaciones futuras para
satisfacer las nuestras.
La tecnología verde se basa en el uso de materiales, procesos o
métodos que reducen o eliminan la creación de contaminantes o
desechos en las fuentes que los originan, incluyendo métodos que
reducen el uso de energía, agua y otros recursos, así como métodos
que protegen a los recursos naturales, ya sea mediante su prevención o
utilizándolos de manera más eficaz, para así lograr una reducción
cuantificable en la contaminación emitida al medio ambiente.
Desarrollo de materiales y su relación con la metrología
MAYAPAN , Yucatán, México
Bam citadel before near the Kerman in Iran (Persia) earthquake of 2003
15
16
Licurgo
caliz
19
http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/GCP/
El balance global de carbono se refiere a la media, variaciones
y tendencias de la perturbación antropogénica del CO2 en la
atmósfera, referenciada al inicio de la era industrial. Cuantifica
la entrada de CO2 a la atmósfera por las emisiones de las
actividades humanas, el crecimiento de CO2 en la atmósfera y
los cambios resultantes en los flujos de carbono terrestres y
oceánicos en respuesta al aumento de los niveles de CO2
atmosférico, el cambio climático y la variabilidad climática, y
otros factores antropogénicos. y cambios naturales. Es
necesario comprender este presupuesto de perturbaciones a lo
largo del tiempo y la variabilidad subyacente y las tendencias
del ciclo natural del carbono para comprender y cuantificar las
retroalimentaciones climáticas del carbono.
Companies like Polaroid, Alta Vista, Kodak, and
Blockbuster, among many others, have been crushed
by advances in the binary world and changes in
consumer behavior.
Source:
https://finance.yahoo.com/news/com
panies-that-died-in-the-2010s-
135909180.html
“Innovación disruptiva” se utiliza especialmente en el área empresarial. Se refiere un proceso de cambio innovador orientado a un público minoritario y que se convierte con rapidez en una realidad con gran demanda comercial.
Innovación empresarial puede hacer referencia a la introducción de nuevos productos o servicios en el mercado y también a la organización y gestión de una empresa.
En ocasiones los productos o servicios comercializados no suponen un cambio en sí, ya que la novedad puede consistir en un nuevo enfoque a productos ya existentes.
La innovación empresarial puede suponer una renovación de productos o de la propia empresa, generalmente actualizándose a las demandas del mercado. Source :https://www.significados.com/innovacion/
23
"smart factory"
Processing in Production - Robots and Humans Working Hand in
Hand Industry 4.0
"smart factory"
24
The core infrastructure elements in a smart city would include:
•adequate water supply
• assured electricity supply
• sanitation, including solid waste management
• efficient urban mobility and public transport
• affordable housing, especially for the poor
• robust IT connectivity and digitalization
• good governance, especially e-Governance and citizen participation
• sustainable environment
• safety and security of citizens, particularly women, children and the elderly, and
• health and education
SMART CITY
25
26
Processing in Production - Robots and Humans Working Hand in
Industry 4.0
"smart
factory"
RENAULT
TWIZY
BMW i3
CHEVROLET VOLT
NISSAN LEAF
Sustainable Development
INNOVATION
• Un emprendedor Es un individuo que, en lugar de trabajar como empleado, funda y dirige una pequeña empresa, asumiendo Los riesgos y recompensas de la empresa. ... Emprendedores que demostrar tener éxito al asumir los riesgos de una startup son recompensado con ganancias, fama y crecimiento continuo oportunidades. 20 mar. 2018
Source : iEduNote.com_ 4Jan2019
Puede asociarse a la competitividad y la empresa de la nación, así
como a las aportaciones , nuevas formas de creatividad y valores
sociales.
Las investigaciones en centros urbanos alejados de otros socios y
aislado de las industrias y el riesgo de capital será obsoleto en el
próximo característica.
Dr. Ellis Rubinstein, director de NYAS
Una Nación COMPETITIVA es aquella que tiene la capacidad de
generar riqueza y prosperidad económica de sus hábitats.
INNOVACIÓN
Producción de energía
Las tendencias generales en ciencia de materiales sobre materiales blandos (:Definición. Los
materiales blandos son materiales que pueden deformarse fácilmente por tensiones térmicas o
fluctuaciones térmicas aproximadamente a temperatura ambiente. Los materiales blandos incluyen
líquidos, polímeros, espumas, geles, coloides, materiales granulares y la mayoría de los materiales
biológicos blandos)
para pilas de combustible portátiles, baterías, biosensores, pilas de biocombustible y supercondensadores
Aplicadas al almacenamiento de energía buscan que sean miniaturizado, flexible y estirable y los sistemas de
conversión son para mejorar los materiales tradicionales de electrodos / electrolitos mediante la fabricación de
compuestos novedosos, nanoestructurando, diseñando arquitecturas novedosas (jerárquicas) y eligiendo el
combinación relevante de materiales capaz de mejorar el rendimiento de todo el dispositivo
GLOSARIO DE ALGUNOS TÉRMINOS PARA LAS NANOTECNOLOGÍAS
referencia término en inglés versión actual segunda opción comentarios observaciones
27687, 80004-1 nano-object nano-objeto Con guión intermedio. No se usa el guión intermedio en aquéllos términos en que no se encuentra una "o" inmediatamente después del sufijo "nano.
27687 quantum dot punto cuántico
80004-3 fulleren fulereno Y no fullereno.
80004-3 graphitic nanofibre nanofibra de grafítico
80004-3 CNT NTC Acrónimo, Y no CNT.
80004-3 single-wall carbon nanotube nanotubo de carbono de pared sencilla nanotubo de carbono de una capa
80004-3, 10867 SWCNT NTCPS NTC1C en 10867 se utiliza NTCUP
80004-3 multiwall carbon nanotube nanotubo de carbono de pared múltiple nanotubo de carbono de capas múltiples
80004-3 MWCNT NTCPM
80004-3 double-wall carbon nanotube nanotubo de carbono de pared doble
80004-3 DWCNT NTCPD
10929 AAS EAA Espectroscopía de absorción atómica
10929 DTA ATD Análisis térmico diferencial
10929 EDS EED Espectrometría de energía dispersiva de rayos X EED Espectrometría de energía de rayos X dispersada
10929 EGA-GCMS
EMCGADG Espectrometría de masas con cromatografía de gases y análisis dinámico de gases EM-CG-ADG Espectrometría de masas con cromatografía de gases y análisis dinámico de gases
10929 GC-MS EM-CG Espectrometría de masas con cromatografía de gases
10929 HPLC-MS EM-CLAD Espectrometría de masas con cromatografía líquida de alto a resolución
10929 ICPAES/OES
EEO/EEAPAI Espectroscopía de emisión óptica, con espectroscopía de emisión atómica con plasma acoplado inductivamente EEO/EEA-PAI Espectroscopía de emisión óptica, con espectroscopía de emisión atómica con plasma acoplado inductivamente
10929 ICP-MS EM-PAI Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente
10929 SEM MEB Microscopía electrónica de barrido
Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN Unidad Querétaro
Octubre 2020
Dr. Alejandro Manzano Ramírez amanzano@qro.cinvestav.mx
amanzanor2006@hotmail.com
CINVESTAV-IPN
Unidad Querétaro, México
“Nano-compuestos con propiedades eléctricas”
42
Nano-tecnología
Es la ciencia que estudia e investiga las interacciones entre átomos y moléculas para
modificar su comportamiento.
Artículos publicados
Moreno-Bárcenas, A. Manzano-Ramírez, J.L. Reyes-Araiza, L.M. Apatiga, A.
Aguilar-Elguezabal,L.A.F. Coelho, J. Morales-Hernández, R. Velázquez-Castillo, E.
Pérez-Hermosillo and C. Rubio-González, Effect of Purification on the Electrical
Properties of Nanocomposites Reinforced with Multiwalled Carbon Nanotubes, Current
Organic Chemistry , Current Organic Chemistry, 2013, September Vol. 17, No. 17 ,
ISSN 1385-2728
Manzano-Ramírez, A. Moreno-Bárcenas, M. Apatiga-Castro, E.M. Rivera-Muñoz,R.
Nava-Mendoza and R. Velázquez-Castillo, An Overview of Carbon Nanotubes:
Synthesis, Purification and Characterization , Current Organic Chemistry, 2013,
September Vol. 17, No. 17 , ISSN 1385-2728
Tarcísio S. Sene, Laís V. da Silva, Sandro C. Amico, Daniela BeckerI; Alejandro
Manzano Ramirez , Luiz A. F. Coelho, Glass fiber hybrid composites molded by RTM
using a dispersion of carbon nanotubes/clay in epoxy, Materials Research, vol.16,
no.3, July 02, 2013. Print version ISSN 1516-1439
Silver nanostructure dependence on the stirring-time in a high-yield polyol synthesis
using a short-chain PVP, A.Gómez-Acosta , A.Manzano-Ramírez , E.J.López-Naranjo,
L.M.Apatiga ,R. Herrera-Basurto, E.M.Rivera-Muñoz. Materials Letters138(2015)167–
170 ISSN: 0167-577X
A REVIEW ON THE EFFICIENCY OF GRAPHENE-BASE BHJ ORGANIC SOLAR CELLS, ALEJANDRO
MANZANO-RAMÍREZ, EDGAR J. LÓPEZ-NARANJO,WOLE SOBOYEJO, YUNNY MEAS-VONG, AND
BERTRAND VILQUIN, HINDAWI PUBLISHING CORPORATION, JOURNAL OF NANOMATERIALS, VOLUME
2015, ARTICLE ID 406597, 15 PAGES HTTP://DX.DOI.ORG/10.1155/2015/406597, ISSN: 1687-4110
Morphology Effect of Silver Nanostructures on the Performance of a P3HT:Graphene:AgNs-Based,
Active Layer Obtained via Dip Coating, Alí Gómez-Acosta, Zaira Barquera-Bibiano, Edgar J. López-
Naranjo,
José Luis Reyes-Araiza, Gerardo Torres-Delgado, Oracio Barbosa-García,
Eric M. Rivera-Muñoz, Rodrigo Velázquez-Castillo, and Alejandro Manzano-Ramírez, Hindawi Publishing
Corporation, Journal of Nanomaterials, Volume 2016, Article ID 2305857, 5
pageshttp://dx.doi.org/10.1155/2016/2305857, ISSN: 1687-4110
Transparent Electrodes: A Review of the Use of Carbon-Based
Nanomaterials ,Edgar J. López-Naranjo, Luis J. González-Ortiz, Luis M. Apátiga, Eric M. Rivera-Muñoz, and
Alejandro Manzano-Ramírez, Hindawi Publishing Corporation Journal of Nanomaterials,Volume 2016,
Article ID 4928365, 12 pageshttp://dx.doi.org/10.1155/2016/4928365 ISSN: 1687-4110
.Biosynthesis of silver nanoparticles using a natural extract obtained
from an agroindustrial residue of the tequila industry
E.J. López-Naranjo , I.P. Hernández-Rosales , A.Y. Bueno-Durán , M.L. Martínez-Aguilar , L.J. González-
Ortiz , A.A. Pérez-Fonseca , J.R. Robledo-Ortiz , M.J. Sánchez-Peña , A. Manzano-Ramírez , Materials
Letters 213 (2018) 278–281 ISSN: 0167-577X
44
Diamond Graphitic Fullerenes
a) Sumio Lijama and Toshinari Ichihashi Single-sell carbon nanotubes of 1 nm diameter. Letters to Nature, vol 263.,17 June 1993. b)Teri Wang Odom., Jin-Lin Huang, Philip Kim & Charles M. Lieber, Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes. Nature vol 391., 1 January 1998.
Carbon nanotubes
a)
b)
CARBON STRUCTURES
Amorphous carbon
El óxido de grafeno ha sido utilizado en
nanocompósitos, materiales compuestos de
polímeros, almacenamiento de energía,
aplicaciones biomédicas, catálisis, y como
tensoactivo.
CURRENT WORK
49
El grafeno es un material compuesto por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina con forma de panal de abejas (hexagonal) y
de un átomo de espesor.
El grafeno es flexible y 200 veces más resistente que el acero, con alta conductividad térmica y eléctrica.
La posibilidad de combinarlo con otras sustancias químicas le otorgan un gran potencial de desarrollo.
• Los electrones del grafeno pueden moverse con mayor libertad (se comportan como cuasipartículas sin masa), con respecto a los de otros materiales.
• Consume menos electricidad que el silicio. • Se calienta mucho menos por efecto Joule. • Soporta la radiación ionizante. • Es casi completamente transparente y tan
denso que ni siquiera los átomos de helio (que son los más pequeños) pueden traspasarlo.
• Si una taza de café se cubriera con una simple lámina de grafeno y en el medio se colocara un lápiz de punta, soportaría el peso de un auto sin romperse.
NANOTUBOS DE CARBONO
• Los nanotubos de carbono (CNTs) son cilindros totalmente continuos de una o más capas de grafeno.
• Modulo de elasticidad, 1 Tpa
• Resistencia, 100 Gpa
53
fig. 3- Tipos de nanotubos de carbono, http://jdr.sagepub.com/content/early/2013/05/15/0022034513490957/F1.large.jpg De Volder, Tawfick, Baughmann, & Hart,
2013
Production of graphene oxide
Aplications
Characterization thecniques
DRX Raman
FTIR TEM
Prodcution of
electronic devices
Structures incorporation
Transistors
Esto se transforma en relojes con imágenes, con auriculares, pulseras con todos los cliches electrónicos, calculadoras plegables, teléfonos… sólo James Bond podía tener acceso a
estas tecnologías; pronto, podrá cualquier ser humano.
Línea Philips Reloj
Teléfonos-pulsera
Aulas con clases interactivas dentro de estos nuevos conceptos.
Además, la tecnología del vidrio ha desarrollado productos muy duros como el Gorilla Glass (vidrio gorila), para pantallas táctiles interactivas.
Duro, resistente, aún
hermoso
Mesa y pared de trabajo
El espejo del baño puede incluir una pantalla interactiva para ver noticias, leer y dejar mensajes, consultar calendarios, horarios, dosis de remedios, todo tipo de
recordatorios, hasta programar la temperatura del agua y del ambiente…
Pero puede ser en cualquier parte de la casa. Doméstica = casa informatizada
Se puede programar el riego automático de las plantas y del lavado de los platos, como la vigilancia y
seguridad.
En el automóvil… las mismas posibilidades.
Incluso ver qué calles están con mayor tránsito de vehículos, grabar trayectos, para que al volver a
recorrerlos, una voz nos vaya indicando las calles. Abrir el portón de casa, descongelar comida, encender
la TV…
Mesas con pantallas para trabajar con imágenes, jugar,
hasta en la puerta de la heladera…
Estas pantallas son
táctiles
Cuadros artísticos, con motivos
renovables, con un solo dedo, o
automáticamente.
En la cocina, un mostrador con pantalla nos informa sobre el clima, las noticias, mensajes, recetas, recordatorios, saludos, hasta encender el motor del auto o preparar el baño…
Las aplicaciones potenciales de estos materiales
Compuestos son :
Baterías
Supercondensadores,
Pilas de combustible
Dispositivos fotovoltaicos
Fotocatálisis
Sensores,
66
• La superconductividad, una propiedad de algunos
materiales que se descubrió hace alrededor de un
siglo, podría revolucionar la trasmisión de energía,
los sistemas de transporte e incluso los escáneres en
medicina. De hecho, actualmente ya se emplean
superconductores en los escáneres de resonancia
magnética; o para crear campos magnéticos muy
grandes, como en los aceleradores de partículas,
apunta Álvar Sánchez, físico del grupo de
superconductividad de Universitat Autònoma de
Barcelona (UAB).
67
• La superconductividad, una propiedad de algunos materiales que se descubrió hace alrededor de un siglo, podría revolucionar la trasmisión de energía, los sistemas de transporte e incluso los escáneres en medicina
68
69
El tren magnético Maglev de Shanghai, que levita, se basa en campos magnéticos
generados con superconductores. (fzant / Getty)
Una herramienta gigante, en la mesa y en la pared, imprescindible para los
diseñadores.
Todo táctil y
vinculado
con la casa,
el lugar de
trabajo, el
auto, ver
qué hacen
los chicos…
Mega pantallas, para que la emoción, o el susto, sean más reales. A veces dará miedo poner el dedo…
Pantallas publicitarias, muy livianas, delgadas, flexibles y resistentes.
Televisores 3D, gigantes, delgados, de peso mínimo, con imágenes muy vívidas, con la sensación de estar adentro y sin diseño de marco.
También revolucionará los materiales de automóviles, aeronaves, satélites, chalecos antibalas, células solares, detectores químicos, entre otros.
Su característica es poco
peso, gran resistencia y bajo
costo.
BMW, por ejemplo, en las lunetas traseras de
algunos de sus autos usa un laminado de más de
500 capas nanométricas para absorber la
radiación infrarroja para evitar el calor, pero deja
pasar ondas para los teléfonos.
Valija desprendible
Las computadoras cambiarán de aspecto y el periódico o diario, también. Un disco rígido de grafeno tendrá una capacidad mil veces superior a los de ahora
y su velocidad del orden del Tera hertzio (1000 Giga hertzios).
Periódico o diario
PC enrollable
Nuestro entorno tecnológico será totalmente revolucionado, en todo sentido.
Un nuevo concepto en
teléfonos plegables súper
delgados, con funciones
múltiples.
Los nano transistores, con comportamientos
no habituales, modificarán la Electrónica y sus
dispositivos.
Hasta el kit
de la cinta
Scotch, en
grafeno.
Mangas de la ropa con controles táctiles
y funciones múltiples.
77
RAYOS X
78
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2
GRAFITO
402H
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ad
a (
a.u
.)
402H15
402H60
(002)(002)
402H120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2
GRAFITO
4030
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ad
a (
a.u
.)
403015
403060
(002)(002)
4030120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2
GRAFITO
404H
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ada (
a.u
.)
404H15
404H60
(002)
404H120(002)
40ºC 30 min
2h
4h
• A partir de 2H se logra oxidar completamente el grafito.
• Rayos X refleja la perdida de grupos funcionales en determinados
tiempos de reducción mecánica.
• Se obtuvo un comportamiento atípico en la muestra 403060 79
RED
UC
CIÓ
N
MEC
ÁN
ICA
O
XID
AC
IÓN
REDUCCIÓN MECÁNICA
OXIDACIÓN POR MÉTODO HUMMERS
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2
GRAFITO
354H
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ada (
a.u
.)
354H15
354H60
(002)(002)
354H120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2
GRAFITO
3530
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ada (
a.u
.)
353015
353060
(002)(002)
3530120
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2
GRAFITO
352H
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ada (
a.u
.)
352H15
352H60
(002)(002)
352H120
30 min
2h
4h
• Los tratamientos a 30min contienen una cantidad de grafito considerable.
• A partir de 2 h se logra oxidar completamente el grafito.
• Marcano, et al. enuncian que el espaciamiento interplanar es el resultado de la
oxidación del grafito.
35ºC
80
• Young, et al. citan que la disminución del espacio interplanar del RGO se atribuye a la eliminación de grupos funcionales de oxigeno.
• Otros autores reportan que la aparición del plano (002) después de la RGO no es evidente cuando hay capas de grafeno muy delgadas con alto grado de exfoliación.
RED
UC
CIÓ
N
MEC
ÁN
ICA
O
XID
AC
IÓN
RAMAN
81
0 1000 2000 3000
Raman Shift (cm-1)
354H
Inte
nsid
ad N
orm
aliz
ada (
a.u
.)
354H15
354H60
2DGD
354H120
0 1000 2000 3000
Raman Shift (cm-1)
3530
Inte
nsid
ad n
orm
aliz
ada (
a.u
.)
353015
353060
2DD
3530120 G
0 1000 2000 3000
Raman Shift (cm-1)
352H
Inte
nsid
ad N
orm
aliz
ada (
a.u
.)
352H15
352H60
G 2DD
352H120
82
35ºC 30 min
2 h 4 h
Muestra ID/IG
3530 1.02
353015 0.98
353060 0.98
3530120 1.05
Muestra ID/IG
352H 1.16
352H15 0.87 (sp2)
352H60 0.92
352H120 1.02
Muestra ID/IG
354H 1.21
354H15 1.13
354H60 1.04
354H120 1.02
2D=Monocapas
Ferrari et al.,
2006.
RED
UC
CIÓ
N
MEC
ÁN
ICA
OXIDACIÓN
0 1000 2000 3000
Raman Shift (cm-1)
4030
Inte
nsid
ad N
orm
aliz
ada (
a.u
.) 403015
403060
2DG
4030120 D
0 1000 2000 3000
Raman Shift (cm-1)
402H
Inte
nsid
ad N
orm
aliz
ada (
a.u
.)
402H15
402H60
2DD G
402H120
0 1000 2000 3000
Raman Shift (cm-1)
404H
Inte
nsid
ad N
orm
aliz
ada (
a.u
.)
404H15
404H60
2DGD
404H120
83
40ºC 30 min
2 h 4 h
Muestra ID/IG
4030 0.88
403015 1.15
403060 1.01
4030120 0.76
Muestra ID/IG
402H 1.03
402H15 0.88 (sp2)
402H60 1.08
402H120 1.08
Muestra ID/IG
404H 1.15
404H15 0.93
404H60 1.15
404H120 0.93
RED
UC
CIÓ
N
MEC
ÁN
ICA
OXIDACIÓN
84
Mei et al., 2015 .
Reducción Hidrotérmica Reducción por Electroquímica
y Química
Guo et al., 2009 .
Reducción Sonoquímica
Krishnamoorthy et al., 2013 .
Reducción Térmica
Botas et al., 20013 .
FTIR
85
86
35ºC
Muestra ORB
3530 0.087
353015 0.26
353060 0.31
3530120 0.35
Muestra ORB
352H 0.34
352H15 0.17
352H60 0.21
352H120 0.30
Muestra ORB
354H 0.37
354H15 0.25
354H60 0.32
354H120 0.52
RED
UC
CIÓ
N
MEC
ÁN
ICA
OXIDACIÓN
4000 3000 2000 1000 0
Longitud de onda (cm-1)
M3530
Tra
nsm
itancia
(a.u
.)
M353015
M353060
-COC
-C-O-C=C-C=O
M3530120
-OH
4000 3000 2000 1000 0
Longitud de onda (cm-1)
352H
Tra
nsm
itancia
(a.u
.)
352H15
352H60
-C-O
-COC-C=C
-C=O-OH
352H120
4000 3000 2000 1000 0
Longitud de onda (cm-1)
354H
-OH
Tra
nsm
itancia
(a.u
.)
354H15
-C=O
354H60
-C-O-C
-C=C
354H120
30 min
2 h 4 h
87
40ºC
Muestra ORB
4030 0.78
403015 0.80
403060 0.84
4030120 0.87
Muestra ORB
402H 0.74
402H15 0.65
402H60 0.68
402H120 0.78
Muestra ORB
404H 0.75
404H15 0.71
404H60 0.74
404H120 0.74
RED
UC
CIÓ
N
MEC
ÁN
ICA
OXIDACIÓN
4000 3000 2000 1000 0
-OH
Longitud de onda (cm-1)
M4030
M403015
Tra
nsm
itancia
(a.u
.)
M403060
-C-O-C=C-C=O
M4030120
4000 3000 2000 1000 0
Longitud de onda (cm-1)
M402H
Tra
nsm
itancia
(a.u
.)
M402H15
M402H60
-C-O
-COC-C=C
-C=O-OH
M402H120
4000 3000 2000 1000 0
Longitud de onda (cm-1)
M404H
-C=C
Tra
nsm
itancia
(a.u
.)
M404H15
M404H60
-C-O
-COC-C=O-OH
-OH
M404H120
30 min
2 h 4 h
88
Reducción Sonoquímica
Krishnamoorthy et al., 2013 .
Reducción Química
Foo et al., 2015 .
Reducción por Electroquímica
y Química
Guo et al., 2009 .
SEM
89
90
353015
353060
353012
0
35º
C
91
352
H1
2
0
352
H1
5
352
H6
0
35º
C
92
354
H1
2
0
354
H1
5
354
H6
0
35º
C
93
403015
403060
403012
0
40º
C
94 Foo et al., 2015 .
Reducción Química
Reducción Hidrotérmica
Mei et al., 2015 .
TEM
95
354
H1
5
353015
352
H1
5
35ºC 3
54
H1
2
0
97
Reducción Sonoquímica
Krishnamoorthy et al., 2013 . Guo et al., 2009 .
Reducción por Electroquímica
y Química
Reducción Química
Foo et al., 2015 .
98
Strength of interaction between
silver cations and their respective
anions
- FTIR
-Raman
-HRTEM
Silver nanostructure morphology dependence on the stirring-time in a
high-yield Polyol synthesis using a short-chain PVP, to be publish at
Materials Letters
99
Publicado en Materials Letters:
Silver nanostructure dependence on the stirring-time
in a high-yield polyol synthesis using a short-chain
PVP, A.Gómez-Acosta , A.Manzano-Ramírez ,
E.J.López-Naranjo, L.M.Apatiga ,R. Herrera-Basurto,
E.M.Rivera-Muñoz. Materials Letters138(2015)167–
170 ISSN: 0167-577X
Increasing the efficiency of organic solar cells by
using a bulk electron transport layer of PFN and
green synthesized AgNs, ZairaBarquera-Bibiano,
José Luis Maldonado, Alejandro Manzano-Ramírez,
J.M.López-Romero, GerardoTorres-Delgado, Luis
J.González-Ortiz, A. AlejandraPérez-Fonseca, Jorge
R.Robledo-Ortiz, R.González-Núñez, Edgar J.López-
Naranjo, Materials Letters Volume 237, 15 February
2019, Pages 101-104 ISSN: 0167-577X , DOI :
10.1016/j.matlet.2018.11.065 0167-577X/
100
101
102
A magnification of the regular
decahedron Ag nanoparticle. The
insets show the FFT spectra
calculated with the Digital Micrograph
software where the periodicity
obtained on each region of the Ag
nanoparticle is shown.
Characteristic diffraction patterns of a pentagonal Ag nanowire when the
electron beam goes through the directions indicated by (A) and (B) in the
drawings, respectively. Their indexation indicates that they correspond to the
overlapping of the [001] and [112] zone axes (A), and of the [111] and [110] zone
axes (B). Note the existence of an aperiodic sequence of diffraction spots in (A).
).
MEDIO AMBIENTE
CONTAMINACIÓN
La Tierra es el tercer planeta de nuestro
sistema solar.
HECHO , desde la revolución industrial la
tierra ha sido atacad sin piedad ¡¡¡
la concentración de CO2 se ha incrementado en mas de un 36% en
realción a la revolución industrial
109
Recursos
Las emisiones de combustibles fósiles (incluida la producción de cemento)
representaron aproximadamente el 91% de las emisiones totales de CO2 de
fuentes humanas en 2014. Las emisiones se origina del carbón (41%), petróleo
(33%), gas (19%), cemento (6 %) y quema de gas (1%).
Los cambios en el uso de la tierra son responsables de aproximadamente el
9% de todas las emisiones globales de CO2.
En 2013, las mayores contribuciones de las naciones al crecimiento neto de
las emisiones globales totales en 2013 fueron China (58% del crecimiento), EE.
UU. (20% del crecimiento), India (17% del crecimiento) y UE (una
disminución en un 11% del crecimiento).
Source : https://www.co2.earth/global-co2-emissions
• La Organización Mundial de la Salud estima que 1.100 millones de personas carecen de acceso a un suministro satisfactorio de agua potable (ONU 2003)
• Dado que muchos se ven obligados a depender del agua contaminada para uso potable, existe un mayor riesgo de contraer enfermedades transmitidas por el agua, p. Tifoidea, hepatitis A y E, polio y cólera entre otros.
• Las principales preocupaciones sobre los productos químicos (arsénico) en el agua es Bangladesh (Frost y otros 2002)
• En los países en desarrollo, el 50% de la población está expuesta a fuentes de agua contaminadas, por lo que la higiene personal y el saneamiento deficiente contribuyen a un estimado de 4 mil millones de casos de enfermedades diarreicas cada año, lo que provoca 2.2 millones de muertes, la mayoría de las cuales son niños menores de cinco años (ONU, 2003)
111
Contaminantes en interiores
GEOPOLYMERoS
Aluminosilicatos amorfos sintetizados por hidrólisis alcalina (consumo de agua) de aluminosilicatos.
- Procesamiento a temperaturas inferiores a los 100 ° C - Baja emisión de CO2
- Inmovilización de metales pesados - Estabilidad a altas temperaturas - Solidificación rápida con alta resistencia. - Compatibilidad biológica
Xiao Yao et. al. Thermochimica Acta 493,2009, 49-54
Los mecanismos de reacción, son la clave del proceso en el que ocurre la transformación de una fuente de aluminosilicato sólido en un “geopolímero” un aluminosilicato alcalino amorfo.
The geopolymerization
include:
Dissolution
Deconstruction
of raw material
Polymerization
Reorganization and
condensation
Large networks
Las etapas de geopolimerización de álcali-MK se pueden suponer en tres etapas: Yo deconstruccion II Polimerización III Estabilización Sin embargo, estas etapas difícilmente pueden separarse claramente porque pueden ocurrir simultáneamente (Xiao Yao et.al. Thermodinamica Acta 493- 2009).
Si:Al 1:1
Si:Al 2:1
Si:Al 3:1
O
Si
O
O Si
O
O
O Si
O
O
O
Al
O O
Si
O
O Si
O
O Si
O
O
O
Na+
O
O
(-)
Source : aluminiosilicate (Meta kaolín Al2O3.Si2O4)
+ Alcaly solution
(MOH + silicato + agua)
Hydrothermic synthesis (geopolimerization)
Amorphous 3D structures ; Sialato Units
(SiO4-4-O-AlO4
-4)
NaOH
Reglas de Zachariasen
GEOPOLIMERO
GEOPOLIMEROS FOTOLUMINISCENTES: 2008
Photoluminescent geopolymer in the darkness.
PHOTOLUMINESCENT GEOPOLYMERS: A SECOND GENERATION OF GEOPOLYMER
APPLICATIONS.
Patent application
OBJETIVE: To develop geopolymer Materials and coatings free of de pathogen bacteria's.
ANTIBACTERIAL GEOPOLYMER
E. COLLI BACTERIA
Mexican PATENT
◉ Name: Geopolímereos Antibacteriales y sus métodos de elaboración.
◉ Titulo . 333478
:
Microdop method
Agar Diffusion method
Inhibición del crecimiento bacteriano por el método de difusión en agar
en Muller-Hinton
Inhibition of bacterial growth by the agar diffusion method on Muller-Hinton : • Exposing a geopolymer in a series of 9 decimal dilutions to 10-9 • Seeding the surface of an agar plate independently of each decimal dilution of the bacteria and deposition on the plate disc geopolymer. •The plates were then incubated at (36 ± 1) ° C for (24 ± 2) hrs and bacterial growth inhibition was verified by the formation of a halo around the disc
Inhibition of bacterial growth by the agar diffusion method on Muller-Hinton : • Exposing a geopolymer in a series of 9 decimal dilutions to 10-9 • Seeding the surface of an agar plate independently of each decimal dilution of the bacteria and deposition on the plate disc geopolymer. •The plates were then incubated at (36 ± 1) ° C for (24 ± 2) hrs and bacterial growth inhibition was verified by the formation of a halo around the disc Geopolymer-TiO₂
Salmonela
124
PROBLEMAS POR LA CONTAMINACIÓN.
ADN 40
2016, 4.2 millones de muertes.
3.8 millones de muertes por aire contaminado.
92% de la población vive en lugares de aire
contaminado.1
1 Organización Mundial de la Salud (OMS).
Gases peligrosos:
S
O2
N
O2
O3
C
O
46.5 millones de toneladas al año en la CdMx.1
HORACERO
Hong
Kong
El Pais
SALUD
2015, más de 27,535 millones de pesos en
protección del aire-ambiente y clima.2
México, 5% del PIB para corregir los daños al
medio ambiente, (contaminación de los vehículos).2
En 2018 se prevé que haya más de 6 millones
de consultas médicas, una gran mayoría va a
representar ausentismo laboral.3
AutoBild
2 Instituto Nacional de Estadística y Geografía
(INEGI). 3 Periódico El Universal.
125
Y porqué materiales de
construcción?...
ONU pronostica que el 66%
de la población vivirá en centros
urbanos en 2050, lo que
significa que más de 6.000
millones de personas se
concentrarán en las ciudades
en menos de 35 años.
www.sostenibilidad.com
Obra nueva y rehabilitación.
Materiales: cementos,
vidrios, losetas, pinturas,
adoquines.
Alta exposición a la radiación solar.
La fotocatálisis heterogénea utiliza luz a lo largo
con un semiconductor, para producir oxígeno reactivo
especies que pueden inactivar bacterias y degradar un
amplia gama de contaminantes químicos, en el agua, por ejemplo.
127
Photoactivity of Ion-exchanged geopolymers .
• Photocatalytic degradation of Methylene Blue (in aqueous solution)
• Photocatalytic degradation of 2-butanone (gas phase)
Tests:
128
TEM. Geopolímero 40Na.
129
TEM. Geopolímero 90NH4.
Degradation of 2-butanona. Cromatograms.
2-butanona
Initial state.
After 402 hrs. to be exposed to UVA radiation.
Geopolímero + TiO2
Photocatalytic degradation of methylene blue
UVA
Agilent 8453E UV-visible
Spectroscopy System M530
Agilent 8453E UV-visible Spectroscopy System Operator’s
Manual
Recommended Cells of Quartz glass Volume 3.5
Mondragón-Figueroa, Héctor. R. Guzmán-Carrillo, Miguel Ángel
Rico, José Luis. Reyez-Araiza, Jorge. Pineda-Piñón, Edgar J.
López-Naranjo, María C. Columba-Palomares, Jóse. M. López-
Romero, Josè. Ramón Gasca-Tirado and Alejandro. Manzano-
Ramírez, Development of a Construction Material for Indoor and
Outdoor, Metakaolinite-Based Geopolymer, with Environmental
Properties, Journal of Materials Science and Engineering A 9 (7-
8) (2019) 131-142 doi: 10.17265/2161-6213/2019.7-8.001, ISSN:
2161-6213
Cathode ray tubes (CRTs) present a disposal
problem because of their increase presence
in municipal solid waste (MSW)
The hazardous materials (like barium in the panel of CRT, lead in the CRT funnel glass)
in a computer monitor or a television set may seriously pollute the environment.
Encapsulation of toxic heavy metals from waste CRT using a calcined kaolin base-geopolymer
Fuente : Encapsulation of toxic heavy metals from waste CRT using calcined kaolin base-geopolymer H.R. Guzman-Carrillo, J.R. Gasca-Tirado, J.M. López-Romero, M.
Apátiga-Castro Luis, M. Rivera-Muñoz Eric, J. Pineda-Pinón, J.J. Pérez-Bueno , C. Feregrino-Montes , E. J. López-Naranjo, A. Manzano-Ramírez, Materials Chemistry and
Physics 257 (2021) 123745 , ISSN: 0254-0584 , doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123745