Juan C. del Valle, Enrique Camarillo, Laura Martinez Maestro, Julio A. Gonzalo,Carmen Aragó, Manuel Marqués, Daniel Jaque, Ginés Lifante, José García Solé, Karla Santacruz-

Gómez, Roberto C. Carrillo-Torres & Francisco Jaque

RESPUESTA DIELÉCTRICA ANÓMALA DEL AGUA A 60 °C

Enrique Camarillo G.Instituto de Física, UNAM

XXXIII Aniversario de laFacultad de Ciencias Fisico-Matemáticas y Electrónica

Universidad Autónoma de Sinaloa13 de Octubre de 2015

El agua es indudablemente el compuesto fundamental para todas las formas de

la vida. Por ejemplo, permitir la disolución del oxígeno , hacen al agua recibir

oxígeno para la vida marina. Sus propiedades como solvente de un gran número

de compuestos químicos lo hace crucial para el trasporte de nutrientes de la

flora , fauna y humanos.

Por otro lado, sus propiedades físicas hacen que contribuya a la formación de

tierras, arenas pantanos , etc. Al penetrar en las piedras los cambios o

dilatación con temperatura fractura rocas dando lugar a cambio de apariencia de

la tropósfera y formación de tierras cultivables.

En ésta plática se abordan algunas propiedades físicas del agua y un cambio

singular en torno a 60C.

+

2-

+

p=2qd

H2O

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moleculah20.jpg

Acción capilar del agua y el mercurio.

ESPECTROFOTÓMETRO DE DOBLE CANAL

ANALISIS DE LA SEÑAL OPTICA

Reflectancia

Transmitancia

0I

IR R

0I

IT T

d

T

d

T

eI

IOD

eII

loglog 0

0

400 600 800 1000 12000

2

4

6

Ex

tin

cti

on

co

eff

icie

nt (c

m-1)

Att

en

ua

tio

n c

oe

ffic

ien

t (cm

-1)

Wavelength (nm)

GNRs-s GNRs-l

10

100

1000 Hemoglobin

200 nm 200 nm

1090 nm 808 nm

GNRs-sInjection

Surface

GNRs-lInjection

Imagen térmica de pechuga de pollo bajo irradiación láser 808 y1020 nmen estado estacionario . Las imágenes térmicas fueron obtenidas cuando el áreas de láser incide sobre una inyección subcutánea de Nano-Rods de Aude diferente tamaño

Φabs= 0.97

Φabs= 0.56

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1300

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

GNRs-s

GNRs-l

Wid

th (

nm

)Length (nm)

0 10 20 30

0

1

2

3

GNRs-l

GNRs-s

Laser power (mW)

T

/ext (º

C/c

m-1)

90 nm

Aparece algún prismadediametro 60-80 nm

6

Muestra no tratada Se observan claramente prismas mas que en las Tratadaspero incluso esta fotografía son mas numerosos los primas

Prismas deformados hacia esferas.

2

300 400 500 600 700 800 900 1000

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

C

oe

ficie

nte

de

extin

cio

n (

a,u

)

Longitud de onda (nm.)

o tratada

Annealing a 87 C

Nano-prismas de Ag antes y después del annealing a 87 C ,durante 130 minutoLas gsraficas según salen del Espectrofotómetro endonde en el canal de referencia se poneuna cubeta con agua al de espesor igual al disolución.

9

300 310 320 330 340 350 360 370

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Co

eficie

nte

de

extin

cio

n (

a,u

)

Longitud de onda (nm.)

No tratada

Annealing a 87 C

Detalle de la banda de alta energia. Se desplaza en sentidocontrario a la de alta energía.

10

Plasmón??

20 30 40 50 60 70 80 90

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Pe

ak a

rea

(a,u

)

Temperature (C)

En las partículas de AG pasa lo mismo. Aquí solo represento como desciende La banda con la temperatura de annealing.

20 30 40 50 60 70 80 90

760

770

780

790

800

810

Pea

k p

ositio

n (

nm

)

Anneling Temperature (C)

20 30 40 50 60 70 80 90

-50

-40

-30

-20

-10

0

(

nm

)

Annealing Temperature (C)

20 30 40 50 60 70 80 90

900

1000

1100

1200

1300

Ba

nd

are

a (

a,u

)

Temperature (C)

Aquí tienes cuantificado por temperaturas los efectos: hasta 60-70 grados no hay casi variación en el valor de λ en el máximo de la banda ni en el áreade la misma . Si aparecen estas variaciones para T ≥ 70 viéndose

una variación total de 50 nm sobre unos 805 nm y el area cae un 10%.Estos datos son para nanotubos de Au

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

Abso

rba

ncia

longitud de onda (nm)

8 horas

15 horas

27 horas

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Abso

rba

ncia

(U

.A)

longitud de onda (nm)

8 horas

12 horas

27 horas

SOLUCIÓN. MÁXIMOS [nm]. NANOESTRUCTURA.

8 horas. 398.07±0.22 Esferas

618.04±0.30 Prismas

12 horas. 400.23±0.30 Esferas

641.95±0.24 Prismas

27 horas. 408.08±0.62 Esferas

637.38±0.53 Prismas

400 600 800 1000 1200 1400

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5 GNRs-l

GNRs-s

Exti

ncti

on

co

efi

cie

nt

(cm

-1)

Wavelength (nm)

20 30 40 50 60 70 80 90

9600

12000

12400

12800

13200

13600

14000

GNRs-s

GNRs-l

exc p

ea

k p

osit

ion

(cm

-1)

Annealing temperature (ºC)

20 30 40 50 60 70 80 90

1005

1010

1015

1020

1025

1030

1035

p

ea

k p

ositio

n (

nm

)

Temperature (C)

20 30 40 50 60 70 80 90

-25

-20

-15

-10

-5

0

(n

m)

Temperatura (C)

20 30 40 50 60 70 80 90

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1450

Ba

nd

Are

a (

a,u

)

Temperature (C)

0 20 40 60 80 100 120 140

0

20

40

60

80

100

C

ou

nts

Nanometers long (nm.)

Untreated sample

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0

20

40

60

80

100

120

Co

un

ts

Nanometers wide (nm.)

Untrated sample

0 20 40 60 80 100 120 140

0

10

20

30

40

50

60

70

C

ou

nts

Nanometers length (nm)

Annealing at 87 C

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Co

un

ts

Nanometers wide (nm)

Annealing Sample at 87 C

400 600 800 1000 1200

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Extin

ctio

n C

oe

ffic

ien

t (a

,u)

Wavelength (nm)

Untreated

Annealing a 87 C

Todo empieza cuando estudiamos la estabilidad térmica de nanotubos y nanoprimas deAu y Ag respectivamente. Las nano-partículas estan dispersadas en agua y tienen untratamiento durante su síntesis, en agua también, para que queden cargadas y así no se agreguen.

Bien, estas partículas presentan unas bandas de absorción debidas a plasmones superficiales.La posición de estas bandas depende del tamaño y forma de la particulas y del metal .Pepe y su grupo utilizan estas partículas para inyectarlas en la celulas y calentar mediante la Iluminación con laser dentro de la banda de absorción del plasmón. La Figura 1 te muestra esasbandas a titulo de ejemplo y como un annealing afecta a la posición e intensidad

Figura 1

400 600 800 1000 1200 1400 1600

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

E

xtin

ctio

n C

oe

ffic

ien

t(a

,u)

Wavelength (nm)

Untreated sample

Annealing 87 C

Los nanotubos más grandes presentan en absorción efectos similares.No es fácil decir si son mayores que los nanotubos mas pequeños sila tendencia en los gráficos siguientes son parecidas.Por suerte a los nanotubos se les hizo el mismo tipo de annealing. Menos mal!!

20 30 40 50 60 70

618

620

622

624

626

628

630

632

634

Temperature (C)

Heating

b

50

5

10

15

20

25

30

35

40

Cu

en

tas

Diámetro del QD (nm)

20 30 40 50 60 70 80518

520

522

524

526

528

530

532

534

536

538

Cooling

Heating

Wa

ve

len

gth

(n

m)

Temperature (C)

a

0 1 2 3

20000

40000

60000

80000

100000

Cu

en

tas

Diámetro del QD (nm)

a)Dependencia del máximo de emisión en QD CdTe tamaño 1.2 nmb)Dependencia del máximo de emisión en QD CdTe tamaño 4.0 nm

Hemos visto que el efecto anterior no podía deberse al coating que forman alrededor deLas partículas para que no se agreguen ,pues unas veces utilizaban un producto y en otra otro. Hacen la síntesis de nanotubos de oro en agua a diferentes temperaturas y ven que las bandaDe absorción debidas a los plamones presenta en su posición e intensidad un claro cambiode casi 200 nm entre 60 y 80 C.

El experimento anterior indica que sintetizando a temperaturas superiores a 60 C

las partículas son de mayor tamaño , algo de acuerdo con los visto durante el annealings

15

Las propiedades de las nanopartículas en agua como la absorción ópticay estabilidad así como las condiciones para su síntesis en agua ,han puesto

de manifiesto una anomalía o fase o algo en el agua a la temperatura de 60-70 C. Esto ha inducido a una revisión cuidadosa de los excelentes datosque hay en la literatura sobre el parámetro 1/Ɛ que confirma lo observadoen las medidas ópticas de nanoparticulas dispersas.

-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0.010

0.012

0.014

0.016

0.018

0.020

0.022

0.024

0.026

1/

Temperature (C)

0 20 40 60 80 100

0,011

0,012

0,013

0,014

0,015

0,016

0,017

0,018

1/(a

,u)

Temperatuta (C)

1.0 MP0.1.MP

0 20 40 60 80 100

0,011

0,012

0,013

0,014

0,015

0,016

0,017

0,018

1

/(a

,u)

Temperatuta (C)

0–60 °C Ley Curie–Weis (1/εd) = (T − TC1)/C1, C1 = 14,320 K y TC1 = 100.1 K.

60–100°C, Ley de C_W (1/εd) = (T − TC2 )/C2, C2 = 10,650K TC2 = 157.6K

𝜇1=2.17D 𝜇2 =1.87D

Cercano al valor delvapor de agua 1.86 D

Cercano al valor del hielo 2.55 D

N

CBTk

1

2

d

AC 0

+Q

-Q

V

V

QC

d

AC r 0

+Q

-Q

-

+++++++++++++++++++++

+

-

+

---

-

-

---

-

---

-

---

--

-

V

QC r

280 300 320 340 360 380

0.011

0.012

0.013

0.014

0.015

0.016

0.017

0.018

0.019

Albright (1937)

Wyman (1938)

Malmberg (1956)

Bertolini (1992)

1

Temperature (K)

60 C

V

290 300 310 320 330 340 350 360 370

0.60

0.61

0.62

0.63

0.64

0.65

0.66

0.67

0.68

Therm

al C

onductivity o

f W

ate

r(W

/mxK

)

Temperatura(K)

64 C

Ramires R.L.V. (1993)

290 300 310 320 330 340 350 360 370

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Conducta

nce (

S)

Temperature (K)

63 C

Rusiniak L. (2004

270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380

5.8

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

www.edutecne.utn.edu.ar

Vargaftik N.B. et al (1969)

Warren F. L. (1927)

Surf

ace T

ensio

n (

N/m

)

Temperature (K)

x102

57 C

Dielectric Constant, Thermal Conductivity, Piezo-opticalCoefficient, Conductance , Surface Tension and Comprenssibility

270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0

L.S. Shraiber (1975)

Pie

zo-o

ptical C

oeff

icie

nt (c

m2/K

g)

Temperature (K)

280 300 320 340 360 380

0.011

0.012

0.013

0.014

0.015

0.016

0.017

0.018

0.019

Albright (1937)

Wyman (1938)

Malmberg (1956)

Bertolini (1992)

1

Temperature (K)

60 C

280 300 320 340 360 380

0.42

0.43

0.44

0.45

0.46

0.47

0.48

0.49

0.50

Co

mp

ren

ssib

ility

(a

,u)

Temperature (K)

dP

dV

VB

1

280 300 320 340 360 380

0.42

0.43

0.44

0.45

0.46

0.47

0.48

0.49

0.50

Co

mp

ren

ssib

ility

(a

,u)

Temperature (K)

A

dG

d

AR

-V

IG

A

V

290 300 310 320 330 340 350 360 370

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Conducta

nce (

S)

Temperature (K)

63 C

Rusiniak L. (2004

-T2 T1

d

TT

d

TQ 12

290 300 310 320 330 340 350 360 370

0.60

0.61

0.62

0.63

0.64

0.65

0.66

0.67

0.68

Therm

al C

onductivity o

f W

ate

r(W

/mxK

)

Temperatura(K)

64 C

Ramires R.L.V. (1993)

Fuerza

270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380

5.8

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

www.edutecne.utn.edu.ar

Vargaftik N.B. et al (1969)

Warren F. L. (1927)

Surf

ace T

ensio

n (

N/m

)

Temperature (K)

x102

57 C

l

FS

2

Thermal denaturation of GFP fluorescence, using optical and conventional water-bath heating methods

Native

Reversible

Irreversible

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION