Curso Nanomateriales: una propuesta de aplicación en energías alternativas para Colombia

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Curso Nanomateriales: una propuesta de aplicación en energías alternativas para Colombia

Departamento Ingeniería Eléctrica y Electrónica
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Nanomateriales: energías alternativas en Colombia

De acuerdo con las bases del actual plan nacional de desarrollo 2018-20221, uno de los pilares propuestos en materia energética, es el aumento de la eficiencia de las energías renovables como una solución para alcanzar la meta de universalización del servicio eléctrico en el país. Lograr este ambicioso objetivo solo es posible si se utilizan aproximaciones en materiales avanzados y nanoingeniería dentro de un enfoque que compete a la nanotecnología.

Este curso se centra precisamente, en los procesos de fabricación y caracterización de nanomateriales, abordando los principios básicos asociados con la nanociencia y la nanotecnología2. En él, se incluirá una revisión multidisciplinaria de las diferentes aproximaciones sobre fabricación y síntesis más utilizadas en los actuales procesos en la industria y en la academia.

La síntesis y el control de los nanomateriales será abordada desde las tradicionales estrategias de abajo hacia arriba "bottom up" en los procesos de autoensamblaje. Algunos métodos mecánicos de arriba hacia abajo "top down" también serán discutidos. El curso iniciará con conceptos fundamentales, para luego abordar el estudio de fenómenos a nanoescala y sus propiedades.

Se espera que, al finalizar el curso, el asistente esté en capacidad de identificar las potencialidades que la nanotecnología brinda en problemas industriales como recubrimientos duros, generación de energía, aplicaciones en electrónica y biomedicina, entre otras.

  1. Bases del Plan Nacional de Desarrollo 2018-2022 – (Impulso a las energías renovables no convencionales y a la eficiencia energética)
  2. Dentro de esta norma se hace referencia a; i) nanoescala, considerada en el rango de tamaño aproximado entre 1 nm y 100 nm; ii) nano-objeto, material con una, dos o tres dimensiones externas en la nanoescala, y iii) nanopartícula, nano-objeto con las tres dimensiones externas pertenecientes a la nanoescala. Igualmente, se definen las nanofibras, nanotubos, nanorodillos, nanoalambres (objetos con relaciones de aspecto longitud/radio mayores a 1), nanoplatos y puntos cuánticos, considerados como nano-objetos. – Acorde con la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, por su siglas en inglés), en su documento de especificación técnica ISO/TS 27687

Dirigido a

Ingenieros físicos, ingenieros de materiales, ingenieros químicos, ingenieros electrónicos, físicos, químicos, biólogos; estudiantes y profesionales afines a las áreas mencionadas de nivel pregrado en adelante. Estudiantes de doctorado y estudiantes de maestría en las áreas afines.

Objetivos

Objetivo General:

El objetivo del curso es generar capacidades de uso de nanomateriales en aplicaciones de energía como recuperación, conversión y eficiencia energética. Igualmente, identificar posibles instalaciones científicas disponibles en la región con las cuales promover la conformación de redes Industria - Academia.

Objetivos Específicos:

  1. Introducir a los participantes en conceptos de nanociencia, nanotecnología y nanomateriales.
  2. Correlacionar conceptos básicos de ingeniería de materiales e ingenierías afines con conceptos de nanomateriales utilizando la dimensión como elemento básico de clasificación/categorización correlacionándole a sus propiedades.
  3. Acercar al asistente a las diferentes técnicas de fabricación/síntesis/producción y caracterización de nanomateriales y componentes o dispositivos o sistemas que los integren.
  4. Explorar aplicaciones en conversión de energía basados en usos de nanomateriales en la industria colombiana.

Metodología

El programa teórico-práctico de 40 horas está dividido en dos módulos. El primer módulo se desarrollará a través de conferencias magistrales con participación activa del grupo. Un segundo módulo se llevará a cabo en el laboratorio Sala Limpia (ML_306) cuyo espacio de ambiente controlado permitirá realizar las prácticas de fabricación y caracterización de nanomateriales y sus aplicaciones en energías renovables.

Contenido

  1. Introducción a las definiciones de términos básicos a través de la norma internacional ISO/TS 80004-1:2010a; de las guías de estándar internacional para la investigación y estudio de ensayos en nanotecnologías regidos por las normas ASTM E2909-13 (en lo que respecta a nanomateriales y caracterizaciones), ISO/TR 13014:2012 para la caracterización físico-química de materiales a nanoescala y ISO/TS 12901-1:2012 en lo que respecta a la gestión de riesgos laborales aplicada a nanomateriales.
  2. Introducción a los recubrimientos y películas delgadas: Propiedades y Aplicaciones en el contexto colombiano. Correlacionamiento entre la manufactura, la dimensionalidad y las aplicaciones de cara al escalamiento para la transferencia a la industria.
  3. Plasmas I: Introducción a la tecnología de procesamiento por plasma y técnicas de vacío
  4. Plasmas II: Técnicas de deposición física en fase vapor: Descargas eléctricas en medios ionizados reactivos, evaporación térmica, pulverización catódica, HiPiMS, ablación por láser, etc.
  5. Técnicas de deposición química en fase vapor (CVD): Introducción y algunos ejemplos.
  6. Caracterización estructural, óptica, morfológica y espectroscópica disponible en la región: TEM, SEM, STM, AFM, KPM, XPS, UV-Vis, etc.
  7. Técnicas avanzadas de caracterización estructural y morfológica de películas delgadas II: Líneas de radiación sincrotrón
  8. Propiedades y aplicaciones en la industria colombiana de los recubrimientos.
  9. Fabricación y caracterización de películas delgadas nanoestructuradas con usos termoeléctricos. Aplicaciones como recuperadores de calor y generadores de energía eléctrica.
  10. Aplicaciones de las láminas delgadas en Microelectrónica.
  11. Prácticas de fabricación y caracterización en el laboratorio Sala Limpia de la Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica - Facultad de Ingeniería - Universidad de los Andes (2 sesiones)

Profesores

Alba Graciela Ávila Bernal

Es profesora asociada en el Departamento de Electricidad y Electrónica de la Universidad de Los Andes, donde ha sido docente desde 2003. Tiene un Ph.D. en Física de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, una Maestría en Ingeniería Eléctrica y un B.A. en Física e Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Los Andes. Sus áreas de especialización incluyen la caracterización eléctrica de materiales mediante técnicas de microscopía, nuevas técnicas físico químicas para la evaluación de la toxicidad, la detección remota de agua y la integración de nanomateriales en el campo de la sostenibilidad. También trabaja en el diseño y desarrollo de kits para promover la educación en nanotecnología y participa regularmente en actividades de divulgación con comunidades marginadas.

Jaime Andrés Pérez Taborda

Recibió el grado de ingeniería física (Summa cum laude) por parte de la Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia, en 2011. Posteriormente, cursó su maestría en Radiación de sincrotrón y aceleradores de partículas en la Universitat Autónoma de Barcelona, España en 2013, así como su Doctorado en física (Cum Laude) del Instituto de Microelectrónica de Madrid, Universidad Complutense de Madrid, y Consejo Superior de Investigaciones Científicas del CSIC, España. Ha publicado artículos de investigación y capítulos de libros sobre diversos temas, incluyendo nanoestructuras piezoeléctricas para sensores de ondas acústicas, nanoingeniería de nuevos materiales termoeléctricos con altas eficiencias obtenidas mediante métodos físicos, como bombardeo iónico y deposición por láser pulsado. Además, es cofundador y actual presidente de la Sociedad Colombiana de Ingeniería Física. Actualmente es investigador posdoctoral de la Universidad de los Andes.