Los materiales —entendidos como elementos o compuestos químicos con propiedades útiles (mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas o magnéticas)— han tenido un papel fundamental en el desarrollo de las civilizaciones.
Sin embargo, el mundo actual demanda nuevos tipos para satisfacer necesidades inéditas. Por lo que se refiere al óxido de cerio, este compuesto es utilizado para reducir las emisiones de gas de los automóviles, como catalizador de hidrocarburos a altas temperaturas en las paredes de hornos autolimpiadores y en la descomposición del agua para obtener hidrógeno; asimismo, podría aprovecharse en la elaboración de protectores solares para la piel.
Elizabeth Chavira, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la Universidad Nacional, intenta mejorar la capacidad catalítica del óxido de cerio cúbico en el dióxido de carbono y su función de soporte catalítico de metales.
Como parte del Programa Universitario de Nanociencia y Tecnología (PUNTA) de la UNAM, la experta ha trabajado en su obtención con varios métodos de síntesis. “En el IIM ya encontramos las condiciones óptimas para obtener este material con diferentes morfologías: nanocristales, nanobarras, nanotubos, nanohilos y nanoalambres. Con esas características no deja de funcionar como catalizador. Continuaremos con la medición de sus propiedades físico químicas con los cambios morfológicos, pues este compuesto no deja de tener una estructura cristalina cúbica”.
Material polimorfo, el óxido de cerio tiene varias formas cristalinas. A partir de la tesis del alumno Edgar Rangel, del programa de doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UNAM, Chavira y sus colaboradores ya sintetizaron la cúbica, que es la catalítica, y cambiaron su morfología por una reacción sol-gel modificada con acrilamida y microondas.
En colaboración con José Jesús Carlos Quintanar Sierra, de la Facultad de Ciencias (FC), quien hizo la parte teórica, realizaron la simulación de cómo se efectuará la catálisis en el óxido de cerio cúbico. Una siguiente meta de este proyecto de ciencia básica es modificar la superficie del óxido de cerio, donde se lleva a cabo el fenómeno de la catálisis heterogénea.
Chavira y la alumna Magali Ugalde Alcántara, del programa de posgrado en Ciencia de Materiales de esta casa de estudios —en colaboración con Martha Teresita Ochoa Lara, del Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), unidad Chihuahua—, crearon con paladio nanométrico y un copolímero un material híbrido con miras a usarlo como sensor de humedad en fármacos.
“Detecta fácilmente la humedad en el intervalo que reportamos; por eso, al presentarlo en un congreso llamó la atención de un empresario. ‘Me sirve para mi industria’, nos dijo”.
Así, permitirá medir la presencia de agua y servirá para evitar que modifique cierto material empleado en productos farmacéuticos e inicie su descomposición o que influya en que se dé o no la reacción de los granos de un fármaco.
“El tamaño nanométrico del paladio y la manera en que se distribuyó en el copolímero sería lo que patentaríamos como sensor de humedad”, puntualizó Chavira.
En el área de los semiconductores (elementos que se comportan como conductores o aislantes, según diversos factores), la investigadora y sus colaboradores han logrado sintetizar e introducir, mediante molienda mecánica, nanobarras de óxido de zinc en nanotubos de grafeno.
“Molemos todo: los nanotubos de la sustancia referida y las nanobarras de óxido de zinc (la alumna Patricia Pérez, del Instituto de Física, las hace de diferentes diámetros y longitudes) y luego observamos en micrografías cómo entran las nanobarras de óxido de zinc en los nanotubos de grafeno”.
Con Betsabé Marel Monroy Peláez, también del IIM, Chavira ha comprobado por fotoluminiscencia que la emisión de óxido de zinc queda apantallada por el grafeno. Con José T. Elizalde Galindo, del Instituto de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, y mediante mediciones magnéticas, Chavira ha comprobado que las nanobarras de óxido de zinc sí entran en los nanotubos de este alótropo de carbono y que también dan señales magnéticas.
Pedro Enrique Ortiz, estudiante de la FC, que hizo su tesis de licenciatura como parte de este proyecto, pretende utilizar estas nanobarras de zinc metidas en nanotubos de grafeno para hacer un dispositivo fotoluminiscente.
“Muchos investigadores siguen esta línea con diferentes métodos de síntesis. Antes, el mejor era el de química; sin embargo, con el desarrollado en el IIM, sólo pones tu producto en el molino y ya está. No necesitas más que tiempo de molienda mecánica”, indicó.
Además de que se mejoran las propiedades eléctricas, ópticas y electro ópticas, entre otras, la síntesis física, en opinión de Chavira, sería un método más rápido y económico que la síntesis química, si se llegara a usar en forma industrial para producir óxido de zinc y grafeno.
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