Departamento de Ingeniería y Química de Materiales

Área de Química de Superficies

Materiales nanoestructurados

Dr.Alfredo Aguilar Elguézabal
Tel. +52 (614) 439 1109
alfredo.aguilar@cimav.edu.mx
Técnicos Académicos

M.C. Manuel Román Aguirre
Ing. Luis De la Torre Sáenz

El Centro de Investigación en Materiales Avanzados cuenta con un grupo de especialistas que desarrolla proyectos en materiales nanoestructurados con aplicaciones tecnológicas como: fotosíntesis artificial, materiales compuestos de alto desempeño, aerogeles o nanotubos de carbono (NTC), entre otros.

A nivel mundial el uso de nanotubos de carbono va en aumento. Gracias a sus características especiales están siendo utilizados en diversas actividades, desde trabajos de investigación hasta aplicaciones biomédicas e industriales.

Nanotubos de Carbono

El interés por los nanotubos de carbono se debe a sus propiedades únicas, ya que por ejemplo, presentan una elevada conductividad eléctrica que puede ser superior a la del cobre, el material más utilizado para la conducción de electricidad. Su conductividad térmica es superior a la mayoría de los materiales de uso común como metales y polímeros. Además, sus propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción y su elongación a la fractura, son superiores a las de materiales como el acero inoxidable, con la enorme ventaja de que una pieza de idéntico volumen pesa menos que la quinta parte si se hace de nanotubos de carbono en lugar de acero inoxidable y la resistencia a la tracción es al menos 15 veces superior.

La actividad en el Cimav relacionada con los nanotubos de carbono se ha realizado en los siguientes aspectos:

  • Tecnología para la producción de los NTC
  • Estudio de su toxicidad
  • Aplicaciones Biomédicas
  • Electrodos transparentes
  • Materiales compuestos base metálica
  • Materiales compuestos base cerámica

Nanotecnología
La nanotecnología manipula la materia a la escala de los átomos y las moléculas. Uno de los materiales de alto impacto en esta disciplina corresponde a nanotubos de carbono que, como su nombre lo indica, tienen una estructura tubular y un diámetro en la escala de la mil millonésima parte de un metro (1 nm = 10−9 m) y químicamente consisten solo de carbono e hidrógeno.

Estudio de su toxicidad

Si bien es cierto que la relevancia de estos materiales ha permitido su aplicación en distintas áreas, también debemos decir que ante las especulaciones sobre su toxicidad, en el Cimav, un grupo especializado de investigadores de diversas disciplinas realizan investigación científica para determinar el efecto de los NTC a nivel celular.

Aplicaciones biomédicas

Por las propiedades de conductividad eléctrica y la estructura de los NTC, los especialistas del Cimav, en coordinación con científicos de otras instituciones del país, investigan el desarrollo de aplicaciones biomédicas como su utilización en sensores de señales bioeléctricas para uso como electrodos en registro de electrocardiogramas. Se estudia también su aplicación en la regeneración de conexiones inter-neuronales, utilizando neuronas de caracol como modelo de estudio, a través del registro de señales entre neuronas interconectadas artificialmente con NTC. Potencialmente este estudio pudiera derivar en una propuesta para el desarrollo de soluciones en enfermedades como el Alzheimer.

Materiales compuestos base cerámica

El uso de NTC en combinación con materiales cerámicos ha sido estudiado utilizando diversas técnicas de sinterización de la matriz cerámica y diversos tipos de NTC. Las aplicaciones que se estudian van desde una mejor biocompatibilidad de la matriz cerámica para uso en implantes médicos, hasta aplicaciones industriales donde es requerido un cerámico de alta tenacidad.

Producción de aerogel

El aerogel o humo sólido es un material que está constituido en más del 95% de aire y el resto consiste en el mismo material del que se compone la arena, es decir dióxido de silicio (SiO2). Estas características lo convierten en excelente aislante térmico y acústico con la ventaja de que no es combustible.

Recientemente se ha desarrollado una vía para la obtención de polvo de aerogel sin necesidad de secado supercrítico y sin necesidad de hacer la superficie del aerogel hidrofóbica, que hasta ahora había sido la única alternativa al secado supercrítico.

Fotosíntesis artificial

En otra línea de investigación, los especialistas actualmente trabajan en el desarrollo de fotocalizadores (material que acelera una reacción química utilizando radiación solar) para transformar el dióxido de carbono (CO2) en un hidrocarburo, como metano o metanol. Utilizar esta tecnología es una vía para evitar la emisión constante de gases invernadero, lo que es una contribución para minimizar el impacto de la actividad del hombre en el cambio climático.
El proyecto se denomina fotosíntesis artificial porque es semejante al proceso que realizan las plantas en el cual transforman agua y CO2 en materiales que pueden utilizarse para producir energía. Este trabajo de investigación es un megaproyecto apoyado por el Conacyt.

Líneas de Investigación
  1. Tecnología para la producción de los NTC

    Los especialistas del Cimav desarrollaron el concepto de una máquina semi industrial para la producción continua de nanotubos de carbono, obtuvieron la patente y realizaron exitosamente la transferencia de dicha tecnología a una empresa privada del parque industrial ubicado en Monterrey, Nuevo León.

  2. Electrodos Transparentes

    Existe demanda de materiales que permitan el paso de la luz y puedan conducir electricidad, sean flexibles, de baja densidad y de simple aplicación, esto para sustituir materiales de alto costo, rígidos y frágiles. En el Cimav se han utilizado películas de NTC y de compuestos polímero/NTC que brindan la funcionalidad de un electrodo con las ventajas mencionadas, así ha sido posible ensamblar ventanas electrocrómicas, celdas solares y celdas fotoelectrocatalíticas.

  3. Materiales compuestos base metálica

    Tomando ventaja de su elevada conductividad térmica y de las propiedades mecánicas, se han desarrollado compuestos NTC/Aluminio para aplicaciones como disipación de calor en dispositivos electrónicos, y el mejoramiento de las propiedades mecánicas de materiales de aluminio.

    El reto en este desarrollo ha sido dispersar los NTC de forma homogénea en el metal y por el método de fundición, con el fin de tener un material de alto desempeño y bajo costo de procesamiento. Para este fin, se desarrolló un método para recubrimiento de NTC con una película metálica que favorece la interacción entre las fases NTC/Metal/Aluminio y permite dispersar los NTC a temperatura de fusión del aluminio sin necesidad de una atmósfera controlada de gas inerte.

equipo-aguilar

El trabajo desarrollado en este grupo ha generado patentes, publicaciones en revistas indexadas de alto impacto, así como colaboraciones interinstitucionales y multidisciplinarias.