INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

Henry Riascos Landazuri

13 horas

CODIGO CIE

3-21-2

Juan Pablo Pelaez Triana

Coinvestigador

3 Horas

Juan David López Vargas

Coinvestigador

3 Horas

Carlos Andrés González Restrepo

Coinvestigador

3 Horas

Juan Diego Garzón Ovalle

Estudiante

6 Horas

Daniel Felipe Socha Hurtado

Coinvestigador

3 Horas

Alejandro Gómez Huertas

Coinvestigador

3 Horas

Dorian Camilo Londoño Zuluaga

Coinvestigador

3 Horas

Brandon Suárez Jiménez

Estudiante

6 Horas

Jaime Andrés Pérez Taborda

Coinvestigador

3 Horas

TIPO DE CONVOCATORIA

2020. Decimocuarta Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Básica

OBJETIVO(S)

Sintetizar y Caracterizar Obtener nanopartículas de Cu2O, CuO, MnO y ZnO de tamaño y morfología controlada, las cuales puedan ser futuramente incorporadas en una matriz polimérica que permita fabricar un material nanogenerador triboeléctrico y piezoeléctrico flexible.

RESUMEN

El uso masivo de dispositivos electrónicos portátiles, alimentados por baterías recargables, representa una cantidad importante de potencia consumida a partir de baterías. El consumo energético de uno de estos dispositivos puede estar en el orden de centenas de milivatios. Una forma sostenible para alimentar estos dispositivos es recolectar energía eléctrica a partir de fuentes no convencionales que son actualmente desaprovechadas. Una gran variedad de pequeñas fuentes de energía, como vibraciones mecánicas, ondas de ultrasonido, impulsos biomecánicos, entre otros, podrían ser aprovechadas para ayudar a cargar las baterías de estos dispositivos y así extender las capacidades de carga que están limitadas al acceso a conexiones eléctricas. Inclusive, algunos sistemas electrónicos de bajo consumo, incluyendo micro- sensores y dispositivos implantables, podrían llegar a alimentarse únicamente a partir de la energía recuperada de estas fuentes. Dentro de las diferentes alternativas de recolección de energía, el esfuerzo muscular y las fuerzas de presión realizadas con los pies o con las manos podría aprovecharse para generar cargas eléctricas mediante el uso de materiales inteligentes. Una alternativa para ello consiste en aprovechar el efecto piezoeléctrico para generar un campo eléctrico a partir de la deformación de un material. Los materiales piezoeléctricos pueden generar electricidad a partir de una fuerza mecánica; de manera inversa, también pueden generar una tensión mecánica a partir de un campo eléctrico aplicado. Recientemente se han fabricado nanocompuestos flexibles con propiedades piezoeléctricas, permitiendo obtener energía a partir de superficies que sufren altas deformaciones ¿ algo fuera del alcance de los piezo-cerámicos tradicionales. El reto radica en que estos nanocompuestos dependen de nanomateriales usados como rellenos: nanofibras, nanoplates, nanopartículas entre otros, generalmente obtenidos comercialmente que incrementan los costos del proceso y dificultan el proceso de escalamiento.

SÍNTESIS DEL PROYECTO

Se sintetizaron nanopartículas (NPs) de ZnO, MnO y CuO mediante el método de ablación láser en soluciones de agua pura y etanol. Las NPs producidas fueron caracterizadas usando espectroscopia UV-Vis, microscopía electrónica de barrido (SEM) y dispersión de luz dinámica (DLS). El análisis de UV-Vis se utilizó para medir la absorbancia y la transmitancia de luz de las muestras y proporcionar información sobre el tamaño y la concentración de las NPs producidas. La microscopía electrónica de barrido (SEM) se utilizó para visualizar la morfología y la estructura de las NPs, mientras que la dispersión de luz dinámica (DLS) se utilizó para medir el tamaño hidrodinámico y la distribución de tamaño de las NPs en solución. En particular, para la síntesis de las NPs se varió la energía del láser en 90 mJ, 65 mJ, 45 mJ y 23 mJ y los tiempos de irradiación en 25 minutos en agua y 14 minutos en etanol. Las imágenes SEM para las NPs de ZnO muestran que, en solución acuosa, el tamaño de la partícula disminuye con el incremento de la energía del láser, obteniendo NPs de hasta 100 nm y su forma es aproximadamente esférica. Para pulsos de energía menores o iguales a 20 mJ el tamaño de las NPs es de 300 nm con forma cubica con los bordes redondeados. Mientras que las micrografías de las Nps de MnO2, se observaron esféricas con una distribución de tamaño entre 90 y 160 nm. Para las NPs de CuO2 los tamaños de partícula promedio fueron de 33 nm. Las imágenes SEM también muestran algunas macropartículas con tamaños mayores a 200 nm, que quizás corresponde a macropartículas directamente expulsadas desde el blanco, debido a la alta energía del láser pulsado. En etanol el comportamiento del tamaño de la NPs sigue siendo similar a las sintetizadas en agua, aunque las formas de estas es una mezcla entre NPs esférica y hexagonales; Sin embargo, en estas muestras se presentan menos aglomeraciones, lo que significa que son más estables. El análisis con espectroscopia UV-Vis, las NPs de ZnO crecidas en agua muestran un máximo de absorbancia estrecho aproximadamente en 480 nm y la intensidad aumenta con el incremento de la energía del pulso, mientras se observa una banda ancha aproximadamente en 385 nm y sin variación en su intensidad para las crecidas en solución de etanol. Las curvas de absorbancia de CuO2 mostraron tres bandas ubicadas alrededor en 240 nm, 280 nm y 350 nm, que después de 48 h, no se observó un cambio significativo en las bandas. Las curvas de absorbancia de las NPs de MnO2 formadas muestran que a medida que la energía del láser aumenta la absorción era más intensa. Además, se observó a simple vista una mayor intensidad en el color (amarillo-marrón) del coloide cuando se utilizó un aumento en la energía de ablación. Se puede notar que la mayor absorción de óxido de manganeso aparece en el rango de 210 a 280 nm, lo que puede deberse a la transición entre bandas. Los resultados obtenidos con DLS concuerdan con los del análisis SEM encontrándose que las NPs sintetizadas en etanol tendían a ser más pequeñas que las sintetizadas en agua. Las diferencias en los valores de banda prohibida sugieren que el cambio en la energía del láser y el tiempo de ablación producen nanopartículas de diferentes tamaños. Para todas las NPs de MnO2 formadas, se obtuvieron bandas prohibidas entre 3,84 y 5,82 eV. las NPs que se formaron a 80 mJ y 10 min, debido a su tamaño más pequeño, menor banda prohibida y buena estabilidad son materiales interesantes para aplicaciones piezoeléctricas.

ESTADO

Concluye Satisfactoriamente

FECHA DE INICIO

03/02/2021

FECHA DE FINALIZACION

03/02/2023

PRODUCTOS

Estudio del crecimiento de grafeno sobre sustratos de silicio usando el método de depósito por láser pulsado

Circulación de conocimiento especializado

Influence of substrate temperature on graphene oxide thin films synthesis by laser ablation technique

Artículo en revista indexada

URL

Influencia de la temperatura del sustrato en la síntesis de óxido de grafeno usando la técnica de ablación láser

Dirección de trabajo de grado

Mechanical and Tribological Response of [CoN/AlN]n Multilayers Obtained from Laser Ablation

Artículo en revista indexada

URL

Optical Properties of Cu, Ni, and Co Nanoparticles Synthesized by Pulsed Laser in Liquid Ambient

Artículo en revista indexada

URL

Síntesis y caracterización de nanopartículas de TIFE2O4 mediante el método de ablación láser

Dirección de trabajo de grado