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Presentación
En esta línea se aborda el diseño, la creación y la aplicación de materiales con dimensionalidad reducida para la comprensión fundamental de las relaciones entre las propiedades y las dimensiones de los materiales y su aplicación en diversos sectores. Al controlar el tamaño, la morfología, estructura cristalina y la composición química de los materiales con dimensionalidad reducida, es posible obtener nuevos materiales y materiales híbridos con aplicaciones tecnológicas potenciales en las áreas de energía, medio ambiente y ciencias biomédicas, entre otras. Por lo tanto, esta línea permite la generación del conocimiento y las competencias genéricas promovidas en el objetivo del Programa de Maestría en Tecnología Avanzada (PMTA).
La ciencia e ingeniería de materiales con dimensionalidad reducida toma como base el desarrollo de nuevos materiales para trabajar en (a) la síntesis, la caracterización y el procesamiento de los materiales con dimensionalidad reducida, (b) la comprensión de las propiedades fisicoquímicas y optoelectrónicas relacionadas con la escala micro y nanométrica, (c) el diseño y la fabricación de dispositivos con los nano y micromateriales como bloques de construcción, y (d) el diseño y la construcción de nuevos modelos teóricos para analizar nanoestructuras, nanomateriales y sus aplicaciones.
Justificación
Actualmente, el desarrollo de nuevos materiales con dimensionalidad reducida ha adquirido un especial interés en diferentes áreas de la ciencia y la tecnología. La ciencia e ingeniería de materiales con dimensionalidad reducida versa sobre la manipulación en forma precisa de la materia, átomos y moléculas a escala micro y nanométrica, cuya finalidad es la creación de nuevos materiales con potenciales aplicaciones en dispositivos y productos que incidirán de forma significativa en nuestra calidad de vida. A lo largo de la última década esta vertiente de investigación ha pasado de ser una rama científica emergente básica, restringida al ámbito de la investigación y llena de espectaculares promesas, a convertirse en unas de las principales líneas temáticas de la investigación que se desarrolla en los países más avanzados. Su impacto puede medirse con el número de publicaciones a nivel mundial, que han ido en aumento, y el desarrollo de nuevos campos de conocimiento a nivel nacional e internacional. Además, es generadora de nuevos conocimientos que serán sustento de avances en las tecnologías de la información y de las comunicaciones, la nanotecnología, las ciencias medioambientales, producción de energía, medicina, optoelectrónica, etc. Estos temas contribuyen significativamente al desarrollo de la ciencia ya que ofrecen la posibilidad de impactar positivamente en el ámbito energético,
ambiental y de las ciencias de la salud, que son sectores prioritarios en el Plan Nacional de Desarrollo 2019 -2024 de nuestro país.
Los materiales con dimensionalidad reducida presentan propiedades físicas y químicas que pueden ser aprovechadas en nuevas y diversas aplicaciones. Por lo que con las técnicas de la nanotecnología se pueden explotar y crear materiales con propiedades superiores comparados con los materiales convencionales, componentes, dispositivos y sistemas con propiedades específicamente diseñadas. Dadas las necesidades científicas y tecnológicas anteriormente mencionadas es que desde la formación del PMTA en febrero del 2007 la formación de capital humano de excelencia y alto nivel académico en esta línea de investigación ha sido una de las prioridades del PMTA. Los temas de investigación que se trabajan en la línea de ciencia e ingeniería de materiales con dimensionalidad reducida han estado en evolución constante. El estudio de los temas relacionados con la baja dimensionalidad de los materiales es dinámico, se modifica y actualiza a diario. Los cambios vertiginosos que se generan en estos temas obligan de manera periódica a su actualización e incorporación de nuevo personal docente que, a su vez, incorpora nuevos campos de conocimiento, por lo que resulta natural la ampliación de nuevos tópicos relacionados con la ciencia e ingeniería de materiales con dimensionalidad reducida.
Objetivo General
El objetivo de esta línea es la formación de capital humano de alto nivel en el campo de materiales de baja dimensionalidad con aplicaciones diversas, capaces de realizar investigación, que contribuyan al desarrollo de la ciencia y la tecnología, para coadyuvar a la identificación y solución de diversas problemáticas del país.
Objetivos específicos
- Sintetizar materiales con dimensionalidad reducida mediante rutas “verdes” y/o sustentables, así como por métodos convencionales y desarrollar materiales híbridos orgánicos-inorgánicos con diversas aplicaciones potenciales.
- Caracterizar la estructura y propiedades de nanomateriales con métodos químicos, fisicoquímicos, eléctricos y ópticos.
- Modelar teóricamente las propiedades eléctricas, estructurales y ópticas de los materiales voluminosos nanoestructurados para diversas aplicaciones.
- Implementar materiales de baja dimensionalidad para desarrollar dispositivos.
Campos del conocimiento
▪ Preparación, síntesis de nanomateriales orgánicos e inorgánicos y su aplicación en el desarrollo de dispositivos para aplicaciones biomédicas, electrónicas y optoelectrónicas.
▪ Caracterización de nanomateriales orgánicos e inorgánicos y su aplicación en el desarrollo de dispositivos para aplicaciones biomédicas, electrónicas y optoelectrónicas.
▪ Materiales avanzados y sustentables para aplicaciones en energía y medio ambiente.
▪ Modelado teórico de propiedades eléctricas y ópticas de los materiales voluminosos nanoestructurados para diversas aplicaciones.
Líneas de trabajo y/o generación de conocimiento
- Síntesis de materiales semiconductores porosos y nanoestructurados del grupo II-VI
- Síntesis de Grafeno, GO, GOr por rutas verdes y nanopartículas de carbono.
- Preparación de liposomas teranósticos con fármacos y nanopartículas luminiscentes (puntos cuánticos semiconductores, etc.) para aplicaciones biomédicas.
- Desarrollo de novedosos métodos para el crecimiento epitaxial de heteroestructuras semiconductoras del grupo III-V, incluyendo estructuras de baja dimensionalidad como pozos, hilos y puntos cuánticos.
- Crecimiento de nanomateriales del grupo III-V utilizando la ingeniería de banda prohibida para aplicaciones optoelectrónicas.
- Síntesis e Investigación de las estructuras semiconductoras con pozos cuánticos, nano hilos y puntos cuánticos de los materiales semiconductores de los grupos I-III-VI y II-VI para aplicaciones en celdas solares en física del estado sólido, nano ciencias y nanotecnologías.
- Caracterización de materiales semiconductores porosos y nanoestructurados del grupo II-VI
- Caracterización de Grafeno, GO, GOr por rutas verdes y nanopartículas de carbono
- Estudio de propiedades ópticas y farmacológicas de liposomas teranósticos con fármacos y nanopartículas luminiscentes (puntos cuánticos semiconductores, etc.) para aplicaciones biomédicas.
- Estudio de la relación entre la estructura cristalina, el mecanismo de crecimiento, las interfases y los estados superficiales de materiales semiconductores del grupo III-V.
- Caracterización de las propiedades estructurales, térmicas, químicas, ópticas y eléctricas de semiconductores del grupo III-V para generar nanomateriales avanzados con propiedades específicas y controladas.
- Investigación de los efectos de transformación del pase cristalina en películas de nano cristalinos de semiconductores y su impacto en características de óptica, estructural, morfológica y eléctrica en física del estado sólido, optoelectrónica y foto electrónica.
- Nuevos métodos de síntesis basados en la Química Verde y ecodiseño para obtención de materiales polifuncionales (síntesis asistidas por microondas, ultrasonido, etc.).
- Síntesis y evaluación de nuevos materiales avanzados para catálisis heterogénea en la generación de energéticos limpios.
- Diseño, síntesis y caracterización de materiales cerámicos polifuncionales con potencial aplicación en energía y remediación ambiental.
- Síntesis y caracterización de materiales en películas delgadas por rocío pirolítico, sputtering, PECVD, etc. con aplicaciones en energía y medio ambiente.
- Caracterización eléctrica de materiales y dispositivos.
- Evaluación fotocatalítica y fotoelectroquímica de materiales en tratamiento de agua y producción de hidrogeno.
- Simulación y modelado de mecanismos de transporte, morfologías y estructuras en celdas solares orgánicas.
- Modelos fenomenológicos de los procesos en las estructuras semiconductoras para celdas solares con pozos cuánticos, nano hilos y puntos cuánticos de los materiales semiconductores de los grupos I-III-V y II-VI en física del estado sólido, optoelectrónica y nano ciencias.
Relación de unidades de aprendizaje vigentes asociadas a LGAC
A continuación, se presenta la relación de Unidades de Aprendizaje asociadas a la línea:
Dispositivos electrónicos y circuitos integrados
Tópicos selectos en fotónica
Dispositivos semiconductores optoelectrónicos
Introducción a los nanomateriales
Fisicoquímica.
Introducción a la física del estado sólido
Laboratorio avanzado I
Tópicos selectos en simulación y caracterización eléctrica de dispositivos
semiconductores
Introducción a la electrónica orgánica.
Métodos ópticos para la caracterización de materiales nanocristalinos
Tópicos selectos de nanotecnología
Instrumentación con láseres.
Infraestructura asociada a la línea
- Laboratorio de Nanomateriales.
- Laboratorio de Técnicas fototérmica
- Laboratorio de Nanofotónica.
- Laboratorio de Dispositivos Orgánicos.
- Laboratorio de Síntesis Química.
- Laboratorio de Nanotecnología
- Laboratorio de Caracterización de Materiales
- Planta piloto de tratamiento de agua y estacionamiento con paneles solares
- Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías del IPN (CNMN).
- Laboratorio de optoelectrónica (Escuela Superior de Física y Matemáticas, IPN).
- Laboratorio de deposición química en fase vapor por filamento caliente (Escuela Superior de Física y Matemáticas, IPN)