Guía docente de Diseño y Caracterización de Nanomateriales (M44/56/2/14)

Curso 2023/2024
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 18/07/2023

Máster

Máster Universitario en Física: Radiaciones, Nanotecnología, Partículas y Astrofísica

Módulo

Nanotecnología: Física y Aplicaciones

Rama

Ciencias

Centro Responsable del título

Escuela Internacional de Posgrado

Semestre

Segundo

Créditos

6

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Silvia Alejandra Ahualli Yapur
  • Ángel Vicente Delgado Mora
  • Modesto Torcuato López López

Horario de Tutorías

Silvia Alejandra Ahualli Yapur

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  • Tutorías 1º semestre
    • Lunes 13:00 a 14:00 (Dcho. 7- Dpto.Física Aplicada)
    • Martes 13:00 a 14:00 (Dcho. 7- Dpto.Física Aplicada)
    • Viernes 9:00 a 13:00 (Dcho. 7- Dpto.Física Aplicada)
  • Tutorías 2º semestre
    • Lunes 13:00 a 14:00 (Dcho. 7- Dpto.Física Aplicada)
    • Martes 13:00 a 14:00 (Dcho. 7- Dpto.Física Aplicada)
    • Viernes 9:00 a 13:00 (Dcho. 7- Dpto.Física Aplicada)

Ángel Vicente Delgado Mora

Email
  • Tutorías 1º semestre
    • Martes 12:00 a 14:00 (Dpcho.9-Dpto. Física Aplicada)
    • Miércoles 12:00 a 14:00 (Dpcho.9-Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 12:00 a 14:00 (Dpcho.9-Dpto. Física Aplicada)
  • Tutorías 2º semestre
    • Martes 12:00 a 14:00 (Dpcho.9-Dpto. Física Aplicada)
    • Miércoles 12:00 a 14:00 (Dpcho.9-Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 12:00 a 14:00 (Dpcho.9-Dpto. Física Aplicada)

Modesto Torcuato López López

Email
  • Tutorías 1º semestre
    • Miércoles 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Viernes 9:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
  • Tutorías 2º semestre
    • Lunes 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Viernes 9:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

  • 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.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

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.

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales

  • CG03. Capacidad de trabajo en equipo. El estudiante deberá integrar su trabajo en el interés de un proyecto común. 
  • CG04. Capacidad de expresar y defender en público los resultados y conclusiones obtenidos como resultado del proceso de aprendizaje. Deberá desarrollar y dominar las técnicas de comunicación oral ante cualquier auditorio. Aprender a utilizar sus potencialidades personales para presentar resultados públicamente. Adquisición del convencimiento de que su conocimiento del trabajo realizado le convierte de inmediato en foco de interés y atención. 
  • CG05. Capacidad de generación de propuestas innovadoras y competitivas en la investigación y en la actividad profesional. 

Competencias Específicas

  • CE01. Capacidad de interpretar datos procedentes de la observación experimental o la simulación numérica. 
  • CE02. Capacidad de considerar rigurosamente las limitaciones e incertidumbres en los resultados y de los métodos que pueden aplicarse para minimizarlas. 
  • CE03. Capacidad de profundizar en los distintos campos de la Física y de identificar los aspectos que se encuentran en los límites del conocimiento. 
  • CE04. Capacidad de formular hipótesis, idear experimentos, manejar métodos de cálculo y simulación numérica y desarrollar modelos. 

Competencias Transversales

  • CT01. Capacidad de razonamiento crítico: el estudiante debe ser capaz de distinguir aquellos aspectos de su trabajo o del de otros que suponen innovación y avance. 
  • CT02. Compromiso ético. Tanto en su etapa de alumno como posteriormente en su trabajo profesional, el estudiante debe ser consciente de la absoluta necesidad de realizar sus tareas con absoluto respeto a la honradez, la verdad y el servicio a la sociedad. 
  • CT03. Capacidad de automotivación. Forma parte de la madurez que debe alcanzarse en el proceso formativo a estos niveles: las dificultades han de enfrentarse con decisión y confianza. 
  • CT04. Capacidad de reconocimiento de la diversidad y multiculturalidad. Forma parte de la actitud vital que se supone al graduado: su conciencia social ha de guiar aquellos aspectos de su profesión que involucren a otros miembros de la comunidad. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

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

 

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

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

 

Práctico

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

Práctica 2. Caracterización superficial.

Práctica 3. Propiedades magnéticas.

Práctica 4. Síntesis de un ferrofluido.

 

Bibliografía

Bibliografía fundamental

 

  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.

Bibliografía complementaria

  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.

Enlaces recomendados

  • 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

Metodología docente

  • MD01 Lección magistral (Clases teóricas-expositivas). Para transmitir los contenidos de las materias del módulo motivando al alumnado a la reflexión, facilitándole el descubrimiento de las relaciones entre diversos conceptos y formándole una mentalidad crítica. 
  • MD02 Actividades prácticas (Clases prácticas). Para desarrollar en el alumnado las habilidades instrumentales de la materia. 
  • MD03 Seminarios. Para desarrollar en el alumnado las competencias cognitivas y procedimentales de la materia. 
  • MD04 Tutorías académicas: Para orientar al trabajo autónomo y grupal del alumnado, profundizar en distintos aspectos de la materia y orientar la formación académica integral del estudiante. 
  • MD05 Estudio y trabajo autónomo del alumnado. Para favorecer en el estudiante la capacidad para autorregular su aprendizaje, planificándolo, diseñándolo, evaluándolo y adecuándolo a sus especiales condiciones e intereses. 
  • MD06 Estudio y trabajo en grupo. Para favorecer en los estudiantes la generación e intercambio de ideas, la identificación y análisis de diferentes puntos de vista sobre una temática, la generalización o transferencia de conocimiento y la valoración crítica del mismo. 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

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.

Evaluación Extraordinaria

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.

Evaluación única final

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.

Información adicional