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Santiago de Querétaro; Qro. Miércoles 01 de Junio de 2011

I Evento de la Red Temática del CONACYT

Red de Nanociencias y Nanotecnología

“Síntesis y Caracterización de Cerámicas Avanzadas para su Potencial Aplicación en Sensores de Gas”

Dr. Gabriel Herrera Pérez

“Síntesis y Caracterización de Cerámicas Avanzadas para Aplicación en Nanotecnología y Química Fina”

Antecedentes


El ZnO material semiconductor, tipo n por efectos de estructura, banda

prohibida de 3.4 eV, propiedades eléctricas atractivas para los

nanoalambres [1].

Los óxidos de metales son fuertes candidatos para la aplicación como

Sensores de Gas.

Los sensores a base nanoalambres de ZnO han tenido gran interés por su

mayor sensibilidad a la resistencia del campo eléctrico ante otros óxidos

por ejemplo SnO y TiO2 [2-4].

Antecedentes


El ZnO es transparente a la luz visible y su conductividad puede ser

incrementada a través del dopado.

El ZnO presenta diferentes morfologías: alambre, barra, peine, anillo, lazo,

hélice, arco, campana y jaula. Aunque estas estructuras han sido

exitosamente sintetizadas bajo condiciones de crecimiento explícitas, se

sigue presentando una continua investigación en los métodos y técnicas

de la síntesis [5].1. Shao-Pin Chiu, Yong-Han Lin, and Juhn-Jong Lin, “Electrical Conduction Mechanims in Natively doped ZnO Nanowires”, Nanotechnology, Vol.

20, No. 1, pp. 015203(8), 7 January 2009.2. M. Lau, L. Dai, K. Bosnick, and S. Evoy, “Synthesis and Characterization of TiOx Nanowires using a Novel Silicon Oxide Support Layer”,

Nanotechnology, Vol. 20, No. 2, pp. 025602(7), 14 January 2009.3. Elisabetta Comini, Guido Faglia, and Girogio Sberveglieri, Solid State Gas Sensing, Springer, United States of America, 2009. ISBN 978-0-387-

09664-3.4. A. J. Moulson and J. M. Herbert, Electroceramics: Materials, Properties and Applications, Second Edition, John Wiley & Sons, Great Britain,

2003. ISBN 0471-49747-95. Sunandan Baruah and Joydeep Dutta, “Hydrothermal Growth of ZnO Nanostructures”, Science and Technology of Advanced Materials, Vol. 10,

No. 1, pp. 013001(18), March 2009.

Justificación


Detección de Gas Doméstico y Fuego

34%

Monitoreo Ambiental 2%

Seguridad Industrial 33%

Respiración y Medicamentos 8%

Control de Proceso y Monitoro de

Emisiones 8%

Automotriz 2%

Seguridad y AreaMilitar 13%

Compañía Micro and Nano Technology Gas Sensor la tendencia en Diciembre de 2006, es de 250 millones de Euros / año.

Objetivos


Identificar, adaptar, optimizar y llegar a desarrollaruna metodología propia para sintetizarnanoestructuras de ZnO.

Diseñar y armar un sistema de evaluación para laactividad fisicoquímica superficial.

Proponer un diseño para un Sensor de Gas a nivellaboratorio.

Metodología


I. Síntesis del Zn(OH)2 como fase precursora (precipitación).

II. Caracterización del Zn(OH)2 (DRX, TGA-DTA, MET,

MEB, FTIR, TPD).

III. Obtención del ZnO por tratamiento térmico del Zn(OH)2..

IV. Caracterización del ZnO (DRX, TGA-DTA, MET, MEB,FTIR, TPD).

V. Evaluación de la actividad fisicoquímica del ZnO

con moléculas de referencia (Diseño del sistema de evaluación).

VI. Optimización y reproducibilidad de la síntesis del ZnO con potencial aplicación

como Sensor de Gas

Resultados


TGA DRX

Resultados


IR

Resultados


Imágenes MEB (10000x). a) ZnAK11, b) ZnAK12, c) ZnAKn13, d) ZnAN11, e) ZnAN12 y f) ZnAK13.

Resultados


Imagen TEM obtenidas de nuestras muestra ZAN11

5 nm

Metas


INDICADOR NUMEROETAPA (S) EN

QUE SE LOGRARA

Científicos

1 Publicaciones en revista internacional con arbitraje estricto.2 publicaciones en revista nacionales indexadas.2 Memorias por la participación en congresos especializados nacionales o internacionales.2 Memorias en extenso.

1º y 2º Semestre

Académicos

4 Proyectos Terminales para que alumnos del ITESI obtengan su titulo en Ingeniería en Materiales.Una promoción en la interacción de grupos de trabajo tanto al interior del ITESI como entre las tres instituciones implicadas ITESI-UAMA-UMSNH.

1º y 2º Semestre

Tecnológicos1 Diseño de un sistema de flujo continuo para la evaluación de la actividad química superficial para ser acoplado a un Cromatógrafo de Gases.

2º Semestre

Productos


Participación Congreso Nacionales / Internacionales.

Comunicación y/o Difusión de los Resultados

Congreso Producto

VI Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia CIO-2009 2 Carteles Memorias

Coloquio Multidisciplinario Orizaba ITO-2009 1 Trabajo oral (1 Extenso ISBN 978-607-00-1687-5)

Encuentro de Química Inorgánica 2009 UAEMex-2009 2 Carteles-Memorias

VII Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia CIO 2010 3 Carteles-Memorias (1 Extenso ISBN 978-607-952210-1-0 )

X Congreso Mexicano de Microscopia Electrónica UMSNH-2010 1 Carteles Memorias (1 Extenso www.amemi.org/memorias_2010)

XII Jornadas Nacionales de Ingeniería en Materiales ITM-2010 3 Carteles Memorias

XIX International Materials Research Congress AMM-2010 2 Carteles-Memorias

X Congreso Mexicano de Catálisis Ugto 20112 2 Carteles-Memorias

VIII Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia CIO-2011 4 Carteles-Memorias (1 Extenso ISBN 978-607-952228-2-7 )

Productos


Contribuir a la capacidad del ITESI en la generación y aplicación delconocimiento que toda institución de nivel superior debe mostrarcompetencia.

Es la plataforma que ha permitido generar parte de la productividad paraque los profesores integrados participen en el Programas a Nivel FederalPROMEP en su rubro de Profesor con Perfil Deseable y NuevosProfesores de Tiempo Completo. También impactado en permanecer en elSistema Nacional de Investigadores SNI.

Integración y formación del Cuerpo Académico (CA-PROMEP-2010)Materiales Avanzados Aplicados a la Ingeniería.

Impacto económico y/o social que tendrá su proyecto de ser concluido exitosamente.

Productos


Pero una de las incidencias sociales principales es que al contar con el apoyo en este tipo de actividadespermiten el desarrollo de un trabajo integral y competente de los estudiantes de la carrera de Ingeniería enMateriales del ITESI involucrados lograr mediante su Proyecto Terminal logren la obtención de su titulo ysalgan plenamente a la competencia laboral.

2009

IS05111244 Karla Alejandra Moya Romero IS05111068 Gabriel Hernández MoralesIS05111262 Néstor Fabián Calderón Medrano

2010

IS05111183 Benites Jaramillo Erika IS05111496 Moncada Vázquez Jorge Adrián IS06111261 López Hernández Adriana IS06111262 Segovia Ávila María Araceli IS04141006 Robledo Martínez Francisco Javier IS05111730 Ortega Cárdenas José EduardoIS03111519 Lozano Lezo Marlon IS06111204 Camacho Granados MartínIS06111488 Cano Tovar Héctor IS06111319 Pérez González JaimeIS05111489 Camargo Rodríguez Misael IS05111567 Castañeda Cordero Ricardo OmarIS06111472 González Ávila Lourdes Yádira IS06111314 Alonso López Juan Alberto

Tesis de Posgrado (ITC) M.C. Q. Enrique Saavedra Arroyo. Título: Síntesis y caracterización de nanopartículas de fases precursoras Zn(OH)2 para la obtención del ZnO.

Impacto económico y/o social que tendrá su proyecto de ser concluido exitosamente.

Expectativa


Diseño de un sistema de flujo continuo para la evaluación de la actividad química superficial para ser acoplado a un Cromatógrafo de Gases.

Apoyo PIFIT

Apoyo Institucional en el Proyecto DG-1499/2009

Apoyo CONCYTEG 09-03-K662-097

Expectativa


Discusión sobre las condiciones para la medición así como del armado del circuito de prueba de resistividad eléctrica.

Participar en Convocatoria III Nov-Dic 2010 Red de Nanociencia y Nanotecnología CONACYT

Antecedentes


Espacio para realizar la Síntesis del Zn(OH)2 y ZnO.

Espectrofotómetro de infrarrojo para la región media y lejana (FTIR). Analizador simultáneo de Termogravimétrico y Diferencia de Temperatura (TGA-DTA).Un equipo para Análisis de Calor Diferencial (DSC).

Analizador de Area Superficial (ABET) , Cromatógrafo de Gases (CG) Espectrofotómetro ultravioleta (UV-Vis)

Instituto Tecnológico Superior de Irapuato (ITESI)

Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco (UAMA)Difracción de Rayos-X (DRX), Termodesorción Programada (TPD) de moléculas sonda, Cromatografía de Gases (CG), Espectrofotómetro de Infrarrojo para región media y lejana (FTIR)

Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo (UMSNH)

Difracción de Rayos X (DRX) Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) Transmisión de Alta Resolución (HRMET)

Colaboraciones


Dr. Rafael Vargas BernalCentro de Investigación y Desarrollo en Micro y Nanotecnología.Instituto Tecnológico Superior de Irapuato ITESICarretera Irapuato-Silao Km 12.5, El Copal, Irapuato ; Gto. C.P. 36821.

Dra. Julia Aguilar Pliego / Dra. Mirella Gutiérrez ArzaluzDepartamento de Ciencia Básicas, Area de Química Aplicada,Universidad Autónoma Metropolitana – Azcapotzalco UAMAAv. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco, México; D.F. C.P. 02200.

Dr. Luis Béjar Gómez / Dr. Ariosto Medina FloresFacultad de Ingeniería Mecánica, Edif. W. / Inst. de Inv. Metalúrgicas UMSNHUniversidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo Cd. Universitaria, Morelia, Mich. C.P. 58130.

Dr. Edgar Omar Castrejón González / Dr. Juan Carlos Fierro GonzálezInstituto Tecnológico de Celaya ITCAv. Tecnológico número conocido, Celaya ; Gto.

No. DESCRIPCION DE LA ACTIVIDAD

RES.Particular de la

actividad

FECHA DEINICIO / TERMINACION

OBSERVACIONES

1 Actualización y revisión bibliográficaGabriel Herrera Pérez Oliver Muñiz Serrato

Enero a Diciembre 2009 Esta actividad es constante para mantener la información actualizada y organizada.

2 Gestión para la adquisición de equipo menor de metal, vidrio y cerámica.

Gabriel Herrera Pérez Marzo a Junio de 2009

Esta parte es muy importante porque del seguimiento repercutirá en los tiempos y formas de cómo se esta planeado este proyecto.

3 Preparación y adecuación del espacio para la síntesis.

Oliver Muñiz Serrato Marzo de 2009

Aquí es importante el apoyo que se reciba por parte del ITESI ya que es necesario tener un espacio propio para la investigación.

4 Discusión y análisis sobre la estrategia para la síntesis de los nanoalambres de ZnO.

Gabriel Herrera Pérez Oliver Muñiz Serrato

Marzo de 2009

Aquí se pretende hacer una discusión sobre los métodos de síntesis existentes y escoger el que ofrezca mayores posibilidades de éxito para la potencia de los nanoalambres.

5

Caracterización mediante Difracción de Rayos X (DRX) para el análisis cristalográfico. Caracterización de la morfología y tamaño de partícula mediante microscopia electrónica de barrido (MEB) o transmisión (MET). Análisis por espectroscopia infrarroja (FTIR) y análisis térmicos (TGA-DTA) de los materiales sintetizados

Julia Aguilar Pliego, Luis Béjar Gómez Gabriel Herrera Pérez

Marzo a Octubre de 2009

La caracterización se considera paralelamente a la síntesis para identificar los productos y constatar la ruta adecuada para obtener el material deseado.

6 Análisis y discusión de los resultados obtenidos hasta el momento

Julia Aguilar Pliego, Luis Béjar Gómez, Gabriel Herrera Pérez

Junio de 2009Para este ejercicio se tendrá que considerar los encuentros académicos. Movilidad de profesores.

Cronograma de Actividades


Cronograma de Actividades


No. DESCRIPCION DE LA ACTIVIDAD

RESP.Particular de la

actividad

FECHA DEINICIO / TERMINACION

OBSERVACIONES

7Escritura de manuscrito con los resultados obtenidos para ser enviado a su evaluación a una revista internacional.

Julia Aguilar Pliego, Luis Béjar Gómez, Gabriel Herrera Pérez

Julio de 2009 Un primer producto académico.

8Discusión sobre las condiciones para la medición así como del armado del circuito de prueba de resistividad eléctrica.

Rafael Vargas Bernal Octubre 2009

Los resultados obtenidos hasta el momento de este trabajo serán considerados para la propuesta de su aplicación como sensor de gas.

9Diseño del sistema de evaluación de actividad fisicoquímica superficial de los materiales sintetizados.

Gabriel Herrera Pérez Octubre 2009

Para este tiempo ya se podrá contar con evidencia experimental de los materiales ZnOpara tomarlos en cuenta para su potencial aplicación como sensor de gas.

10Escritura de manuscrito con los resultados obtenidos para ser enviado a su evaluación a una revista internacional.

Julia Aguilar Pliego, Luis Béjar Gómez, Gabriel Herrera Pérez Oliver Muñiz Serrato

Noviembre a Diciembre de 2009

Escritura, discusión y envío del manuscrito para someterlo evaluación en una revista internacional con arbitraje estricto.

Agradecimientos


Proyecto apoyado por el Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado deGuanajuato CONCYT EG Proyecto CONCYTEG 09-03-k662-097.

Proyectos Institucionales de Investigación y Desarrollo Tecnológico delInstituto Tecnológico Superior de Irapuato ITESI Proyecto CV-AG 1003-2204-020-36-10.

Gracias por su Atención!

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