Cristales

Crecimiento de Cristales

1)Historia

Somos el grupo más antiguo creciendo cristales en el país, con amplia experiencia en la obtención de nuevos materiales en forma cristalina (cuasicristales y superconductores) así como en el diseño y construcción de hornos, con sistemas de vacío y control de temperaturas. Colaboramos con asesoría y cristales a otras instituciones. Damos cursos de crecimiento de cristales y publicamos sobre el tema. Somos árbitros del Journal of Crystal Growth sobre proyectos sobre crecimiento. Por iniciativa de Edilberto Hernández contamos con una colección de cristales crecidos en nuestros laboratorios que ha sido expuesta para fines didácticos, con mucho éxito, en Sonora y San Luis Potosí.

2)Descripción de Actividades, Objetivos y Proyectos

Las actividades las realizamos alrededor de cinco grandes proyectos, para las cuales hemos definido objetivos y metas descritos a continuación:

1.- Producción de cristales.- Se crecen cristales para ser usados en el IFUNAM u otras instituciones. Generalmente se crecen cristales de halogenuros alcalinos, puros o con impurezas divalentes. Cristales mixtos (mezclas de halogenuros alcalinos). Se han crecido superconductores 123 y cuasicristales. Se está afinando el procedimiento para crecer cristales de niobato de litio, en un horno diseñado y construido para el departamento de Estado Sólido. Los hornos utilizados son todos de diseño y construcción propios, incluyendo hornos de radio-frecuencia, resistivos con kanthal o carburo de silicio, y de radiación infrarroja. En estos últimos tenemos cálculos por computadora, que nos permiten un control fino de los gradientes de temperatura. Estamos en colaboración con laboratorios nacionales y del extranjero.
Subproyectos:
a)Crecimiento de halogenuros alcalinos- Edilberto Hernández
b)Crecimiento de superconductores y cuasicristales.- Jesús Lara.
c)Crecimiento de cuasicristales. En proceso de prueba.- Jesús Lara.

2.- Producción de materiales.- Se producen los materiales usados en la sección o en colaboración con otras instituciones. En esta parte incluimos el estudio de procesos de purificación, ya sea por solución (filtrado, electrólisis y recristalización) utilizados para mejorar las materias primas. La reducción química de reactivos en diferentes estados de oxidación de los requeridos. Estamos haciendo carbono amorfo requerido para la fabricación de crisoles. Estamos obteniendo catalizadores para la reducción de contaminantes en la atmósfera o en el escape de coches.

Relevancia.- La relevancia de cada subproyecto es muy variable, y depende de si tiene importancia económica o relevancia científica. Las sustancias ultrapuras suelen tener costos muy altos, pero estamos utilizando métodos desarrollados en otros lugares. La purificación por electrólisis si es un desarrollo propio pero es aplicable solamente a las impurezas con el potencial eléctrico adecuado. Es posible que su aplicación a otros sistemas produzca resultados publicables. El costo de los crisoles de carbono amorfo continua incrementándose, tenemos cotizaciones de entre 200 a 330 dólares por pieza, consumimos decenas por año por lo que su fabricación local aliviaría los problemas presupuestales. Cada vez hay menos fábricas en el mundo. Los catalizadores que estamos desarrollando tienen importancia en la reducción de la contaminación atmosférica.
Subproyectos:
a)Procesos de purificación y reducción de sustancias.- Edilberto Hernández.
b)Obtención de carbono amorfo.- Edilberto Hernández.
c)Obtención de catalizadores anticontaminantes.- Pilar Ovalle

3.-Modelos y simulaciones- Hemos hecho el análisis de los flujos de calor en el proceso de crecimiento, aplicado en el diseño de hornos. Actualmente, tenemos programas de dinámica molecular con los que simulamos el estado gaseoso, líquido y sólido, pudiendo observar las transiciones de fase, calores de transición, calores específicos, densidades, etc. o sea las propiedades observables de un sistema. En el sistema tridimensional llegamos a cerca de 200 partículas, estando limitados por la capacidad de la computadora. Los cálculos bidimensionales han sido utilizados en la enseñanza de la Física, además de un articulo en el Journal of Crystal Growth. Enrique Cabrera está desarrollando cálculos de Dinámica Molecular en halogenuros alcalinos en tres dimensiones.

Relevancia.- Los cálculos de flujo de calor han sido publicados, los de dinámica molecular han sido utilizados para enseñanza y se han publicado resultados parciales. De los otros temas se tienen varias publicaciones, lo que demuestra su relevancia científica. Subproyectos: a)Dinámica Molecular.- Enrique Cabrera del Depto de Estado Sólid b)Calores específicos en películas delgadas.- Iván Oliva del CINVESTAV Mérida

4.- Contaminación atmosférica.- Estamos colaborando en el estudio de la Contaminación Atmosférica en la ciudad de México. Hemos revisado la calibración de los monitores utilizados en la Red Automática de Monitoreo Atmosférico RAMA, los datos de la verificación obligatoria, los hidrocarburos en la atmósfera, desarrollo de catalizadores y el uso de calentadores solares en el DF. Se enviaron dos artículos a la revista Air&Waste confirmando el método propuesto previamente, para evaluar las diferentes contribuciones por las fuentes emisores, ayudándose de los porcentajes de CO y SO2 que emiten. Esto contrasta con el método tradicional de estimarlos a partir de los consumos de combustibles multiplicados por factores de emisión. El procedimiento se extendió al ozono, con el resultado de que es necesario recalcular el volumen V del informe IMP-Los Alamos, en el que se evalúan las estrategias de reducción del ozono. La nueva ecuación encontrada dice que 75% del ozono esta ligada a los NOx, siendo que la ecuación aplicada en el informe usa ese porcentaje para los hidrocarburos. Esto justifica políticas de reducción de HC que no son tan efectivas como las de reducir NOx. Analizamos los efectos del azufre en la gasolina, encontrando que es responsable de la reducción en la eficiencia de los catalizadores TWC. Encontramos la relación entre la intensidad de la capa de inversión y la concentración de CO, justificando su variación estacional. En el invierno la concentración de CO es de 2 a 3 veces mayor que en el verano.
Subproyectos:
a)Análisis de datos.- Con Enrique Cabrera del Depto de Estado Sólido.
b)Medidas de contaminación atmosférica.- Con Pilar Ovalle.
c)Diseño de radar acústico.- Con Sandra Bonilla, Raúl Espejel y Enrique Cabrera.
d)Catalizadores.- Con Pilar Ovalle.
e)Calentadores Solares. Con Mónica Mendoza y David Riveros. -Transferencia de calor por radiación.- Se está caracterizando calentadores solares para uso casero, midiendo sus características e instalándolos para medir la reducción en el consumo de gas licuado.

5.-Docencia.- Damos clase en la Facultad de Ciencias,. Tenemos muchas actividades docentes, incluyendo el diseño de experimentos didácticos. Como una evolución de cursos para formación de profesores, el curso “Puedo mejorar mi clase de Física”, se ha impartido en diferentes universidades, dentro y fuera del país. El definir como usa el estudiante lo que se le enseña permite definir la evaluación más adecuada y el mejor método de enseñanza. El definir el Pensar como un arte y considerando que la Física es un pretexto para pensar, hace ver la necesidad de cambiar los procedimientos normales de enseñanza. Las artes se aprenden practicando. Es una enseñanza constructivista en la que el estudiante tiene que construir sus propios esquemas, si quiere aprender; lo que recuerda el viejo método socrático. H. Riveros continúa mejorando el libro “Electricidad: Preguntas y respuestas”, que permite averiguar los preconceptos de los alumnos, para poder enseñar el tema de manera constructivista. Constituye una aportación didáctica, que facilita el trabajo del profesor y mejora las relaciones maestro-alumno. El conocer las preguntas que se espera responda, aclara muchas de las dudas estudiantiles.Publicado en Trillas. Se está tratando de mejorar la imagen de la Física y la Química modificando los reactivos aplicados por el CENEVAL en el examen de admisión. Dado que los profesores quieren que sus alumnos aprueben dicho examen, lo toman en cuenta al preparar su clase; si los reactivos son conceptuales el profesor dejará los reactivos memorístico. Lo mismo se aplica al examen de admisión de la UNAM
Subproyectos:
a)Curso para profesores.- Con Emma Jiménez del Colegio de Bachilleres
b)Diseño de experimentos didácticos.- Con Jesús Lara y David Riveros
c)Videos y programas de computadora.- Con Enrique Cabrera y David Riveros. d)Conferencia “Los Placeres del Pensamiento” en versiones para Secundaria, Bachillerato, Licenciatura. e)Conferencia “El Placer de Investigar” para Posgrado

3) Equipo

Se cuenta con hornos de crecimiento de cristales con atmósfera y temperatura controladas, hornos reflectivos, hornos tubulares a base de espejo de oro, etc. Equipo de vacio, balanzas, espectrofotometro infrarrojo, multímetros, etc.

4) Investigadores y técnicos asociados

Investigadores
Héctor G. Riveros

Técnicos Académicos
Edilberto Hernández
Jesús Lara

ExColaboradores:
David Riveros
Mónica Mendoza