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Los materiales —entendidos como elementos o compuestos químicos con propiedades útiles (mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas o magnéticas)— han jugado un papel fundamental en el desarrollo de todas las civilizaciones. Sin embargo, el mundo actual demanda nuevos tipos de materiales para satisfacer nuevas necesidades que van surgiendo día a día.

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, investigadora 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 investigadora universitaria ha trabajado en la obtención de óxido de cerio cúbico con varios métodos de síntesis.

“En el IIM ya encontramos las condiciones óptimas para obtener este material con diferentes morfologías: nano-cristales, nano-barras, nano-tubos, nano-hilos y nano-alambres. Con esas características no deja de funcionar como catalizador. Continuaremos midiendo sus propiedades físico-químicas con los cambios morfológicos, ya que este compuesto no deja de tener una estructura cristalina cúbica”, dice.

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 de la UNAM, quien hizo la parte teórica, realizaron la simulación de cómo se va a efectuar 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, que es donde se lleva a cabo el fenómeno de la catálisis heterogénea.

Paladio

Chavira y la alumna Magali Ugalde Alcántara, del programa de posgrado en Ciencia de Materiales de la UNAM —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.

“Nuestro material detecta muy fácilmente la humedad en el intervalo que reportamos; por eso, durante su presentación en un congreso llamó la atención de un farmacéutico. ‘Me sirve muy bien para el material que estoy usando en mi industria’, nos dijo.”

Así, como este material sensor permitirá medir la humedad, podría servir para evitar que ésta modifique cierto material usado en productos farmacéuticos y se inicie la descomposición de éstos, 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”, puntualiza Chavira.

Semiconductores

En el área de los semiconductores (elementos que se comportan como conductores o aislantes, dependiendo de diversos factores), la investigadora y sus colaboradores han logrado sintetizar e introducir, mediante molienda mecánica, nano-barras de óxido de zinc en nano-tubos de grafeno.

“Molemos todo: los nano-tubos de grafeno y las nano-barras 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 nano-barras de óxido de zinc en los nano-tubos 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 nano-barras de óxido de zinc sí entran en los nano-tubos de grafeno y que también dan señales magnéticas.

Pedro Enrique Ortiz, estudiante de la Facultad de Ciencias de la UNAM que hizo su tesis de licenciatura como parte de este proyecto, quiere utilizar estas nano-barras de zinc metidas en nano-tubos de grafeno para hacer un dispositivo fotoluminiscente.

“En el mundo, muchos investigadores siguen esta línea de investigación con diferentes métodos de síntesis. Antes, el mejor era el de síntesis química. Sin embargo, con el que desarrollamos aquí, en el IIM, sólo pones tu producto en el molino y ya está. No necesitas más que tiempo de molienda. Molienda mecánica”, indica Chavira.

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.