PROGRAMA ACADÉMICO INSTITUCIONAL DE NANOTECNOLOGIA

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PRINATEC

Coordinador: Dr. Daniel Glossman-Mitnik

UAMUAM

BUAP

CIATEC

CIMAV

CIQAUANL

UNISON

UNAM

IMP

UNAM

IMP

IPNIPN

CINVESTAV-DFCINVESTAV-DF

CINVESTAV-QROCINVESTAV-QRO

IPICYT

UASLP

Principales centros de investigación en México con actividades en Nanociencia y/o Nanotecnología

PRINATECPRINATEC

• En el CIMAV una parte importante de los investigadores realizan actividades relacionadas con Nanotecnología• En el 2006 y 2007, cerca del 78% de las publicaciones estuvieron relacionadas con Nanotecnología, esperándose un incremento para el 2008•Proyectos vigentes de investigación y vinculación con la industria relacionados con Nanotecnología•Infraestructura actual adecuada, necesidad de mejora

• Creciente actividad mundial

• Reducir rezago tecnológico

• Explorar mercados potenciales

• Necesidad de recursos humanos especializados

Objetivo• Ser líderes nacionales y con reconocimiento internacional en Nanociencia y Nanotecnología

( Nanoagregados, Nanoestructuras y Nanocompuestos)

• Contratación de líderes mundiales en el área• Renovación de equipo • Convenio con UT-Austin en Nanotecnología• Laboratorios Binacionales México-USA, México-Alemania (Nanotecnología)• Consorcio de Nanotecnología• Convenio CIMAV – SUNY/Albany• Presentación a distintas Convocatorias (Programa Estratégico, Laboratorio Nacional, Iniciativa Nacional NANOMEX)• Arizona State University – North America Nanocluster Initiative

Programa Institucional de Nanotecnología

Programa Académico Institucional

de Nanotecnología• Simulación Computacional de la Estructura y

Propiedades Moleculares de Nanomateriales• Nanotecnología Computacional (CAN)• Síntesis de Materiales Nanoestructurados• Caracterización Química y Física de

Nanoestructuras• Aplicaciones Industriales de la

Nanotecnología

DFT Teóricay Conceptual

Inhibidores dela Corrosión

Fármacos, Alimentosy Agroquímicos

Nanoelectrónica Molecular y

Nanobiosensores

CatálisisNanomolecular

Nanomateriales paraAlmacenamiento y

Conversión de Energía

Nanoagregados Metálicos yMoleculares

Nanomateriales Moleculares Funcionales

Química Modelo CHIH-DFT

Azatiofenos Fullerenos

Nanotubos

NanomaterialesMolecularesFuncionales

Síntesis e

Incorporación de

Puntos Cuánticos en

Matrices Poliméricas

via Polimerización en

Mini-Emulsión:

Desarrollo de una

Nueva Generación de

Sensores de

Hidrocarburos

Síntesis e

Incorporación de

Puntos Cuánticos en

Matrices Poliméricas

via Polimerización en

Mini-Emulsión:

Desarrollo de una

Nueva Generación de

Sensores de

Hidrocarburos

Polymer chain

Particle

Polymer chain

Particle

Composite

Nanocomposite

Polymer

Nanoparticles

+

Nanocompósitos formados por nanopartículas de Ag/carbono y PMMA

Nanocompósitos formados por nanopartículas de Ag/carbono y PMMA

LATEX PMMALATEX PMMA LATEX NanocompósitoLATEX Nanocompósito

ESTUDIO TEÓRICO DE AGENTES DE TRANSFERENCIA

EMPLEADOS PARA LA POLIMERIZACIÓN VÍA RAFT,

SIMULADOS A PARTIR DE DFT

En ausencia de un campo magnético

En presencia de un campo magnético

Fluidos magnéticos

La estabilidad del fluido magnético es superior a los dos años

NanoagregadosMetálicos yMoleculares

Producción y Caracterización

de Materiales Compuestos de Nanotubos de

Carbón y Aluminio

Compuestos Intermetálicos YCo5

Materiales magnéticos basados en SmCo5 se usan en las industrias del Materiales magnéticos basados en SmCo5 se usan en las industrias del automóvil, electrónica y otras varias. YCoautomóvil, electrónica y otras varias. YCo55 podría ser una altenativa competitiva. podría ser una altenativa competitiva.

Aplicaciones:

Nanopartículas de ZnFe2O4

Otras nanopartículasOtras nanopartículas• Sílica• Alúmina• Nanotubos de carbono• Óxidos de níquel • Arcillas• Ferritas magnética• CdSe

• Sílica• Alúmina• Nanotubos de carbono• Óxidos de níquel • Arcillas• Ferritas magnética• CdSe

Inhibidores dela Corrosión

Fármacos, Alimentosy Agroquímicos

Simulación computacional de la estructura y propiedadesmoleculares de compuestosantichagásicos unidos afullerenos

Fondo Sectorial SALUD-CONACYT

Simulación Computacional de la

Estructura y Propiedades

Moleculares de Flavonoides de

Manzana Unidos a Fullerenos y Nanotubos

de Carbono

Simulación computacional de la estructura y propiedades moleculares de precursores de esteroides obtenidos a partir de papa

• Fondo Sectorial SAGARPA • Simulación computacional de la

estructura y propiedades moleculares de solanina y solanidina

Estudio Computacional de la Estructura y Propiedades Moleculares de Derivados del C60 de uso en Nanomedicina

• Descubrimiento de los derivados de C60 solubles en agua de aplicación en nanomedicina

• Caracterización molecular computacional de derivados de fullerenos sintetizados recientemente.

• Determinación de estructura, propiedades moleculares, características espectroscópicas (IR, UV, NMR) y reactividad química.

• Teoría de los funcionales de la densidad (DFT).

• Espectros IR, UV Y NMR.• Resultados de distintas propiedades

eléctricas, magnéticas y ópticas.• Estudio de la reactividad química de

las moléculas estudiadas para determinar sus sitios activos de reacción.

Figura 1.

Modelado computacional de la estructura y propiedades moleculares de compuestos antituberculosos unidos a fullerenos y nanotubos de carbono

CatálisisNanomolecular

NANOCATALIZADORES

HAS-MoSxCyHAS-MoSxCy

(High Adsorptive Sulfur)(High Adsorptive Sulfur)

NanoelectrónicaMolecular y

Nanobiosensores

Cuando el fluoroforo y el interruptor están unidos la sonda es obscura, pero cuando hibridan con la cadena de DNA que contenga la secuencia blanco fluorescen brillantemente.

FAROS MOLECULARES

TAMU

Estudio por Dinámica Molecular de monocapas autoensambladas de moléculas orgánicas sobre superficies metálicas

Semiconductores Orgánicos para Nanoelectrónica y NANOMELFOS

DFT Teóricay Conceptual

Nanotecnología Computacional (CAN)• Diseño de Nanomateriales con Ayuda de Computadoras

• Caracterización Computacional de la Estructura Molecular de los Nanomateriales

• Predicción de los Espectros IR, Raman, UV-Vis y RMN de las Nanoestructuras

• Determinación de las Propiedades Eléctricas y Magnéticas de los Nanomateriales

• Simulación Computacional de las Propiedades Termoquímicas de los Nanomateriales en Fase Gaseosa, Sólida y Solución

• Análisis de la Reactividad Química de los Nanomateriales

• Simulación de Procesos Químicos y Físicos de Nanoestructuras

Nanomateriales paraAlmacenamiento y

Conversión de Energía

Simulación Computacional de la Estructura y

Propiedades Moleculares de NANOMELFOS

********Nanomateriales Emisores

de Luz y Fotovoltaicos Orgánicos

• Nanomateriales para dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPVs)

• Electroluminiscencia orgánica – (OLEDs)

• Baterías de iones de litio-polímeros

• Membranas de intercambio protónico para celdas de combustible (PEM Fuel Cells)

Simulación computacional de la estructura y propiedades moleculares de nanomateriales potencialmente

útiles para la

fabricación de celdas solares y dispositivos fotovoltaicos

La mayoría de las celdas solares usadas en las aplicaciones terrestres son celdas solares mono o policristalinas cristalinas de silicio. Sin embargo, no es posible esperar una reducción drástica del coste de la celda y el aumento en la eficiencia de la conversión usando los materiales y las estructuras de las celdas solares convencionales. Por otra parte, se predice en el futuro cercano una escasez del silicio de gran pureza debido a los requisitos de la industria de la microelectrónica. Por lo tanto, es necesaria la investigación y el desarrollo de celdas solares con coste de producción bajo, alta eficiencia de la conversión y un bajo consumo de la materia prima.

Un concepto importante para alcanzar esta meta es utilizar materiales nanoestructurados en lugar de los materiales en bulto. Las motivaciones para emplear nanoestructuras en las celdas solares se dividen en gran parte en tres categorías: 1.- Para mejorar el funcionamiento de las celdas solares convencionales. 2.- Para obtener una eficiencia relativamente alta de la conversión a a partir de materiales baratos con bajo coste de producción y bajo consumo de energía.3.- Para obtener una eficiencia de la conversión mayor que el límite teórico para la celda solar convencional de juntura p-n.

• Semiconductores orgánicos

• Buena procesabilidad• Bajo costo

APLICACIONESOPTOELECTRÓNICAS

POLÍMEROS CONJUGADOS

FULLERENOS

DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

N

C12H25O

C12H25O

Me

C60-3PV

ITO Al

Photocurrent

h

e-

e-

e-

e-

El óxido de zinc (ZnO) tiene un gran potencial de aplicación debido a sus diversas características físicas y químicas. La amplia brecha de energía de 3.2 eV lo hace muy conveniente para los dispositivos optoelectrónicos, incluyendo detectores UV, los fotocatalizadores, los diodos laser y los dispositivos electroluminiscentes (LEDs).

En el siglo XXI estamos observando una gran revolución en la manera en que la información se muestra electrónicamente. Las pantallas electroluminiscentes orgánicas basadas en OLEDs sobre substratos rígidos o flexibles están llamadas a desempeñar un papel significativo o quizás fundamental en el área de las pantallas de panel plano.

Química Computacional de la Estructura y Propiedades Moleculares de Polímeros Conjugados Electroluminiscentes

Las baterías de iones de litio-polímeros son uno de los grandes éxitos de la moderna electroquímica de los materiales. Su ciencia y tecnología han sido extensamente reportadas.

Sin embargo, para las nuevas generaciones de las baterías recargables de iones de litio-polímeros, no solamente para los artículos de consumo electrónicos, pero especialmente para el almacenaje y el uso de energía limpia en vehículos eléctricos híbridos, es necesario el desarrollo de nuevos materiales. Una camino que ya se está abriendo es el del uso de nanomateriales para este tipo de baterías.

Existe un gran consenso en que las celdas de combustible que utilicen membranas de intercambio protónico basadas en electrolitos poliméricos jugarán un papel muy importante como fuente de energía en un futuro cercano. Las celdas de combustible proveerán energía para automóviles y camiones, electricidad para dispositivos, y permitirán el calentamiento y enfriamiento de casas y comercios.

La membrana de intercambio protónico es el componente clave de una celda de combustible, debido a que solamente las membranas extremadamente estables pueden soportar el medio físico y químico agresivo, que incluye catalizadores basados en metales nobles, temperaturas que pueden exceder los 100°C, combustibles agresivos y sus productos de oxidación parcial, oxidantes agresivos y la formación de radicales altamente reactivos.

El alto costo y la baja calidad ambiental de los polímeros fluorados que se utilizan generalmente en las membranas de intercambio protónico de las celdas de combustible, hacen urgente la necesidad de desarrollar nuevos polímeros para este uso. Los estudios teóricos y computacionales pueden ser de gran ayuda para proveer a los experimentalistas de ideas acerca de las posibles rutas de degradación, y así probar y corregir los modelos relacionados con la reducción de actividad, al mismo tiempo que servir de guía para la síntesis de nuevos nanomateriales poliméricos.

Baterías de Iones de Litio-Polímeros

Electroluminiscencia Orgánica - OLEDs

Celdas de CombustiblePEM

Fotovoltaica OrgánicaOPVs

Nanomateriales para Almacenamiento y

Conversión de Energía

Consorcio de Nanotecnología CONACYT

Propuestas de investigación y desarrollo tecnológico con grupos industriales privados como:

• DESC• MABE• GCC• IMSA• COMEX

COMEX• Modelado computacional de nuevos

cromóforos para su utilización en pinturas

• Simulación computacionalde las constantes de velocidad y lasrelaciones de reactividad de diferentes monómeros de uso frecuente en la industria de pinturas

• Simulación computacional de la solubilidad del complejo Co[(Etilendiamino) (2 Etilhexanoato)2]

en una mezcla de disolventes

PROLEC

• Búsqueda del estado del arte en nanotecnología con posibles aplicaciones a transformadores eléctricos de potencia

Convenios con instituciones académicas de USA

• UT – Austin

• SUNY – Albany

• Arizona State University

• Optoelectrónica y Nanofotónica

• Sensores Químicos

• Nanoestructuras de Carbono

• Nanopartículas, especialmente para su aplicación en procesos metalúrgicos

• Simulación Computacional de Nanoestructuras

The University of Texas at Austin• Desarrollo de nuevos materiales para celdas de combustible

• Nanotecnología computacional

• Caracterización mecánica y microestructural de nanocompósitos basados en aluminio

CINT Users Workshop, Albuquerque, NM, January 2006

Maestría y Doctorado enCiencia de Materiales - Orientación Nanotecnología

• Introducción a la Nanotecnología• Introducción a la Nanobiotecnología• Aplicaciones de la Nanotecnología

Computacional• Ciencia y Tecnología de los

Nanocompuestos• Química Computacional para

Nanotecnología• Química Supramolecular• Nanoelectrónica Molecular

De los 36 estudiantes graduados durante el 2007 y lo que va del 2008, el 80% de los mismos, esto es, 29 estudiantes han presentado una Tesis de Maestría o Doctorado relacionada con alguno de los Temas de Investigación en Nanotecnología desarrollados en el CIMAV.

Muchas gracias por su atención !!!