Guía docente de Diseño y Caracterización de Nanomateriales (M44/56/3/14)

• Generalidades sobre los métodos de obtención de nanopartículas. Síntesis.
• El papel de la superficie.
• Propiedades eléctricas, magnéticas y termodinámicas superficiales.
• Técnicas de caracterización .
• Determinación de propiedades magnéticas.
• Electromecánica de partículas dieléctricas y magnetomecánica de partículas magnéticas.
• Aplicaciones tecnológicas.

Ningún prerrequisito aparte de los necesarios para el acceso al Máster. Los conocimientos del grado en Física (también los de un grado en Química) serán suficientes.

Tras cursar esta materia los estudiantes sabrán/ comprenderán:

- Los tipos de sistemas (partículas, hilos, tubos, superficies) que pueden presentar dimensiones nanométricas

- Las técnicas de síntesis de nanopartículas, nanohilos, nanotubos y superficies

- Las aplicaciones tecnológicas de estos sistemas: el balance entre la dificultad de su síntesis y la calidad de las

prestaciones que pueden ofrecer

- Las interacciones (eléctricas, magnéticas, etc.) existentes entre nanopartículas y la forma de calcularlas

- La dinámica y mecánica de sistemas de nanopartículas en dispersión

 

I. INTRODUCCIÓN

 Introducción

 Historia y retos actuales

 Contenidos y bibliografía básica

 

II. SÍNTESIS Y PREPARACIÓN

 Introducción

 Mecanismos de formación de nanopartículas

a. Nucleación homogénea

b. Heteronucleación

c. Formación y crecimiento de núcleos

d. Formación de partículas secundarias por agregación

e. Ostwald ripening (maduración de ostwald)

f. Métodos hidrotermales

 

III. NANOPARTÍCULAS: EJEMPLOS

 Óxidos metálicos

a. Generalidades

b. Óxidos de Al, Cr, Zr

c. Óxidos de Hierro

d. Hidrólisis de alcóxidos metálicos

e. Transformaciones de fase en estado sólido

f. Reacciones confinadas

 Partículas metálicas

a. Síntesis en disolución homogénea

b. Geometría no esférica

 Quantum dots

 Partículas poliméricas

 

IV. OTRAS ESTRUCTURAS NANOMÉTRICAS

 Nanohilos

 Nanotubos

 Películas delgadas

 Sistemas compuestos. Nanoestructuras

 

V. IMPLICACIONES TOXICOLÓGICAS Y MEDIOAMBIENTALES

Riesgos del empleo de nanopartículas

fuentes naturales y antropogénicas de nanopartículas en el medio ambiente

 

VI. EL PAPEL DE LA SUPERFICIE

 Introducción. Importancia de la superficie en los nanomateriales

 Origen de la energía superficial

 Mecanismos de reducción de la energía superficial

 Carga eléctrica superficial: la doble capa eléctrica

 Determinación de la carga: electrocinética

 Interacciones entre partículas en suspensión

 Energía potencial total de interacción. Teoría DLVO

 Interacciones no-DLVO

a. Aspectos termodinámicos: mojabilidad

b. Fuerzas debidas a polímeros en el medio de dispersión

 

VII. MÉTODOS EXPERIMENTALES

Movilidad electroforética dc y ac

Conductividad y constante dieléctrica

Determinación de la superficie específica y porosidad

 

VIII. SISTEMAS MAGNÉTICOS

Interés de los sistemas magnéticos. Aplicaciones.

Métodos de síntesis de nanopartículas magnéticas

a. Transformación de fase en medio líquido

b. Método de coprecipitación. Ferrofluidos

c. Molienda

d. Reacción en microemulsiones

e. Reacción en fase gaseosa

f. Reducción en polialcoles

g. Electrodeposición guiada mediante plantillas

h. Descomposición de compuestos organometálicos

i. Reducción mediante calcinación a elevadas temperaturas

 Magnetomecánica de partículas. Teoría multipolar

a. Fundamentos. Multipolos lineales. Momentos efectivos

b. Magnetoforesis

c. Teoría de cadenas de partículas

d.Fuerzas de interacción entre partículas

 Magnetometría

 

Práctica 1. Síntesis de nanopartículas. Óxidos metálicos, quantum dots.

Práctica 2. Caracterización superficial.

Práctica 3. Propiedades magnéticas.

Práctica 4. Síntesis de un ferrofluido.

 

 

1. Hosokawa M. Nanoparticle technology handbook. Elsevier, Amsterdam, 2007.
2. Sugimoto T. Fine Particles: Synthesis, Characterization, and Mechanisms of Growth. Surfactant Science Series, Vol. 92. Marcel Dekker, New York, 2000.
3. Albella JM, Cintas AM, Miranda T, Serratosa JM. Introducción a la Ciencia de Materiales, CSIC, Madrid, 1993.
4. Handy RD, Shaw, BJ. Toxic effects of nanoparticles and nanomaterials: Implications for public health, risk assessment and the public perception of nanotechnology. Health, Risk & Society 9(2007)125.
5. Gouw TH, Guide to Modern Methods of Instrumental Analysis, Wiley, NY, 1972.
6. Brittain H.G., Physical Characterization of Pharmaceutical Solids, Marcel Dekker, New York, 1995.
7. Jiles D, Introduction to Magnetism and Magnetic Materials, Chapman & Hall/CRC, New York, 1998.
8. Prasad PV. Magnetic Resonance Imaging [Recurso electrónico]: Methods and Biologic Applications. Humana Press, Totowa, 2006.
9. Jones TB. Electromechanics of particles. Cambridge University Press, Cambridge, 1995.

1. Rahman M, Laurent S, Tawil N, Yahia L, Mahmoudi M. Protein-Nanoparticle Interactions: The Bio-Nano Interface. Springer, Berlín, 2013.
2. Lamber JP, Mazzola EP. Nuclear magnetic resonance spectroscopy : an introduction to principles, applications, and experimental methods. Pearson Education, Upper Saddle River, 2004.

• Journals: Nature Nanotechnology: www.nature.com/nnano/; ACS Nano:https://pubs.acs.org/journal/ancac3;  http://www.mdpi.com/journal/nanomaterials; Nano Letters: https://pubs.acs.org/journal/nalefd
• London Centre for Nanotechnology: https://www.london-nano.com/
• Nanomaterials news: http://phys.org/nanotech-news/nano-materials/
• US National Nanotechnology Initiative: http://www.nano.gov/
• Red NanoSpain: https://nanospain.org/nanospain.php?p=h
• Nano in Germany: https://www.nanoingermany.de/en

El artículo 17 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

 

La EVALUACIÓN CONTINUA se realizará mediante controles informales de seguimiento en clase y/o exámenes parciales y/o final de conocimientos, con cuestiones teórico-prácticas y problemas. La resolución regular de problemas y actividades propuestas por el profesor, y la participación, preparación y exposición de trabajos también será convenientemente valorada. Por último, también se valorará el trabajo de laboratorio.

 

En EVALUACIÓN CONTINUA (Convocatoria ORDINARIA) la calificación final responderá al siguiente baremo:

1. Realización de exámenes finales o parciales escritos y/o evaluación de los resultados de las actividades propuestas por el profesor. Puntuación: 5 puntos

2. Trabajo de laboratorio: resultados obtenidos, dedicación y aprovechamiento, capacidad de trabajo en equipo. Puntuación: 2.5 puntos

3. Evaluación de trabajos propuestos y seminarios realizados por los/as estudiantes. Puntuación 2.5 puntos.

 

La CALIFICACIÓN FINAL será la suma de las obtenidas en las actividades 1, 2 y 3. La asignatura se considera superada si dicha suma es igual o superior a 5 puntos.

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

 

La calificación final responderá al siguiente baremo:

1. Examen teórico-práctico escrito. Puntuación: 7 puntos

2. Realización individual de una práctica en el laboratorio: 1.5 puntos

3. Informe escrito sobre la práctica realizada. 1.5 puntos.

 

La CALIFICACIÓN FINAL será la suma de las obtenidas en las actividades 1, 2 y 3. La asignatura se considera superada si dicha suma es igual o superior a 5 puntos.

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

 

La evaluación en tal caso consistirá en:

1. Examen teórico-práctico escrito. Puntuación: 7 puntos

2. Realización individual de una práctica en el laboratorio: 1.5 puntos

3. Informe escrito sobre la práctica realizada. 1.5 puntos.

 

La CALIFICACIÓN FINAL será la suma de las obtenidas en las actividades 1, 2 y 3. La asignatura se considera superada si dicha suma es igual o superior a 5 puntos.