Desde el nacimiento del transistor y el desarrollo de circuitos integrados, se ha vuelto compulsivo fabricar objetos de uso diario más pequeños, más portátiles, más poderosos y simples al mismo tiempo, fáciles de manipular y maniobrar. En este frenesí hacia la miniaturización, la tendencia hacia lo pequeño ha tomado una "nueva dimensión". En los últimos años ha surgido una técnica para desarrollar productos que consistan de materiales tan diminutos como unos cuantos átomos, nanómetro (10-9 m), por lo que se le ha llamado Nanotecnología. Un nanómetro es 80, 000 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano. Las propiedades físicas y químicas de los materiales cambian cuando se controla la materia a tal escala, y el comportamiento de sus superficies domina al comportamiento de los materiales en bulto o volumen. De aquí que un mayor entendimiento de la ciencia de superficies y técnicas de síntesis en capas delgadas permitirá diseñar nuevos y mejores materiales nanómetricos. Cuando el tamaño de los materiales decrece a escala atómica, ocurren efectos cuánticos que hacen cambiar sus propiedades. Por ejemplo, no-transmisión a la luz ultravioleta (UV), eficiencia antiestática, conductora y mecánica. En particular, las propiedades mecánicas altamente dependen del tipo de enlace entre los átomos que forman el material y su distancia interátomica. El objetivo de este proyecto es investigar las propiedades mecánicas de nuevos materiales nanoestructurados y su relación a la composición y estructura molecular. Una propiedad mecánica a mejorar entre estos materiales nanométricos es la dureza, debido a su aplicación tecnológica.

La síntesis de materiales con dureza comparable o mayor que la del diamante ha sido de gran interés, tanto del punto de vista fundamental como tecnológico. Esto ha representado un reto para los investigadores de las ciencias de los materiales. Básicamente se han investigado dos alternativas: compuestos simples y sistemas nanocompuestos.

Entre los compuestos simples se ha investigado principalmente aquellos que presentan una corta distancia interatómica y alto carácter covalente en sus enlaces. Por ejemplo, podemos mencionar que se ha intentado sintetizar sin éxito un compuesto hipotético con carbono y nitrógeno, ?-C3N4, que tendría una dureza equiparable a la del diamante. En contraste, algunos materiales que si han dado buenos resultados son basados en carbono tipo-diamante (conocidos en inglés por sus siglas DLC, Diamond Like Carbon), nanotubos y estructuras poliméricas de carbono. También son importantes los compuestos de boro: nitruros de boro, carburo de boro, carbonitruros de boro y suboxidos de boro.

Para algunos de estos materiales ya tienen una presencia importante en la tecnología actual, sin embargo aún no ha sido posible lograr el objetivo inicial: sobrepasar la dureza del diamante. El inconveniente que presentan muchos de estos materiales es estar en fases metaestables. Es decir, resultan ser de síntesis no-trivial y, como consecuencia, de aplicación tecnológica limitada.

Por otra parte, los sistemas nanocompuestos han tenido un éxito controversial en los últimos años. En algunos reportes proclaman haber superado la dureza del diamante, pero otros argumentan que se trata de problemas de medición. Cabe mencionar que para medir la dureza de los materiales se usa una punta de prueba de diamante. ¿Cómo podríamos medir algo más duro que el diamante con diamante? Más allá de toda controversia está el hecho que la dureza de dichos sistemas es excelente, superior incluso a la dureza de los componentes individuales. Este es un campo de investigación prácticamente inexplorado, siendo el principal problema la producción de muestras reproducibles para obtener mediciones verificables.

El CCMC-UNAM cuenta con el equipo y experiencia en la determinación elemental por técnicas sensibles a la superficie y técnicas de crecimiento por capas delgadas pero no en la determinación de la estructura molecular de materiales y propiedades mecánicas. Este proyecto tiene dos facetas, una el crecimiento de capas delgadas duras, y por otro el instrumentar dos laboratorios para estudiar las propiedades mecánicas y fisicoquímicas de capas delgadas y sistemas nanoestructurados. Las herramientas principales de estos nuevos laboratorios serán: una cámara de ablación láser, un nanoindentador y un espectrómetro de luz infrarroja. Las pruebas mecánicas se harán con un nanoindentador, que permitirá realizar mediciones de dureza y adherencia de los materiales nanoestructurados sintetizados en el CCMC. La estructura química y naturaleza de los enlaces de las especies que forman los materiales se determinarán usando espectroscopias vibracionales. Una que ha sido exitosa recientemente es espectroscopía por reflexión de luz infrarroroja por transformada de Fourier (FTIR). Parar llevar ha cabo esta tarea se presentan los siguientes:


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OBJETIVOS

Preparación de películas inhomogéneas en PLD

Creo que algunos temas se repiten.
Tambien en algunos se ponene reglones explicando su contenido, y la mayoria no, dejandolo para la siguiente seccion.
Se anotan arriba como 15 temas, se explican apenas 6
Seria mejor clasificar por temas cada titulo propuesto.

Síntesis y caracterización de compuestos ternarios de muy alta dureza.
Se trata de producir compuestos con dureza equiparable al diamante. Un sistema que ha sido explorado parcialmente es el SiCxNy (carbonitruro de silicio) que los últimos reportes indican una dureza equiparable al nitruro de boro, es decir, el segundo material intrínseco mas duro que se conoce. El SiCxNy es de síntesis relativamente sencilla por ablación láser, según nuestros trabajos previos. El trabajo del estudiante consistirá en sintetizar este material por ablación láser, encontrando la correlación existente entre estequiometría-ordenamiento-propiedades electrónicas-propiedades mecánicas.
Para lo anterior debela realizar espectroscopias electrónicas (XPS, AES, EELS), espectroscopias ópticas (FTIR, elipsometría, transmitancia, etc.), estudios morfológicos y estructurales (XRD, TEM, SEM, AFM) y pruebas mecánicas (nano y micro indentación). Así como cálculos computacionales en Crystal88.

Diseño y fabricación de un sistema de depósito de películas delgadas para obtener sistemas nanoestructurados de alto rendimiento mecánico.
Como se mencionó, el principal problema para caracterizar sistemas nanoestruturados consiste en obtener muestras reproducibles en las cuales las mediciones de dureza puedan ser verificables. El principal problema que el estudiante resolverá en este proyecto será precisamente éste. Para ello diseñará y construirá un sistema de depósito de películas delgadas donde los problemas de monitoreo in-situ y control de las capas a crecer sean posibles. Además producirán su sistema de crecimiento superestructuras para ser caracterizadas mecánicamente. Además obtendrá la correlación entre las propiedades mecánicas y los parámetros de ajuste de redes, esfuerzos interfaciales, generación de defectos en las interfaces, segregación y/o difusión de elementos en las interfaces.

Adecuación del sistema de ablación láser para la producción automática de películas delgadas con parámetros controlados.
Este trabajo consistirá en continuar la adecuación que se ha venido realizando del sistema de ablación láser, RIBER-LDM32, para producir películas delgadas con los principales parámetros de deposito controlados. Básicamente desarrollará un paquete de computo capas de controlar los parámetros de láser (disparo, repetición y energía), parámetros de gas ambiental (presiones parciales, presión total) y manipulador de blancos (intercambiar blancos, barridos pre-programados). Esto permitirá producir sistemas nanocompuestos en el actual sistema de depósito.
Estudio de las perdidas de energía características (plasmon) como función de la dimensionalidad del sistema; Correlación a las propiedades mecánicas.

Los plasmones son espectroscopicamente importantes porque nos permiten conocer una propiedad fundamental de los sólidos: su densidad electrónica. Los electrones al actuar en el sólido lo pueden hacer en los orbitales de enlace, lo que redunda en beneficio de la energía de cohesión (aumenta la dureza) o bien, en orbitales de anti-enlace, reduciendo la energía de cohesión. La espectroscopia de perdidas de energía, auxiliada por cálculos mecánico-cuánticos, puede ser por lo tanto una ayuda importante al intentar determinar las propiedades mecánicas de los sólidos a partir de los principios fundamentales. La tarea del estudiante será encontrar las relaciones de dispersión de energía para un problema de n-fronteras, simulando con esto una superestructura de n-capas. Estos resultados serán interpretados en función de las perdidas características encontradas para sistemas experimentales de superredes.

Diseño y construcción de un sistema de vacío para estudio de reacciones químicas superficiales.
Este trabajo consiste en aprovechar al máximo la capacidad de hacer elipsometría en el periodo en que se realizan los depósitos. Esto nos permitirá conocer simultáneamente las propiedades ópticas de los materiales procesados, el espesor de crecimiento, la rugosidad, el modo de crecimiento. El estudiante involucrado en este trabajo realizará la adecuación del elipsómetro al sistema de depósito para hacer una toma de datos eficiente. Realizar la adquisición de datos y creará modelos para reproducir la respuesta óptica.

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Apoyo económico

Becas, Serv. Social, asistencia a congresos .


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Fotos y figuras

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