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4.17. Ciencia de Materiales y Nanotecnología (MSN)

Esta área del conocimiento explora la síntesis, caracterización y aplicación de materiales avanzados en las escalas macro, micro y nano. Cubre técnicas de nanofabricación, herramientas avanzadas de caracterización y el desarrollo de materiales funcionales para sistemas energéticos y aplicaciones inteligentes de ingeniería.

Área de Conocimiento (KA)	Core Tier1	Core Tier2
4.17.1 Síntesis de Nanomateriales y Nanofabricación	Electivo
4.17.2 Caracterización de Materiales (DRX, SEM, TEM)	Electivo
4.17.3 Materiales para el Almacenamiento y Conversión de Energía	Electivo

4.17.1. MSN/Síntesis de Nanomateriales y Nanofabricación ↑ Volver arriba

Enfoques de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo para la producción de nanomateriales de ingeniería, incluyendo deposición química en fase de vapor, procesos sol-gel y litografía.
Temas:
Core

• Síntesis de abajo hacia arriba: sol-gel, autoensamblaje y deposición química en baño para nanomateriales de ingeniería
• Nanofabricación de arriba hacia abajo: fotolitografía, litografía de haz de electrones y fresado
• Deposición física y química en fase de vapor (PVD y CVD) para la producción de películas delgadas de ingeniería
• Termodinámica y cinética de la nucleación y el crecimiento de cristales a nanoescala
• Funcionalización superficial y estabilización de nanopartículas de ingeniería

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1. Describir las diferencias fundamentales entre las rutas de nanofabricación de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo [Familiarizarse]
2. Sintetizar nanopartículas usando métodos químicos en fase húmeda y caracterizar su distribución de tamaños [Usar]
3. Evaluar la idoneidad de CVD versus PVD para producir películas delgadas de ingeniería de alta pureza [Evaluar]
4. Optimizar las condiciones de reacción para controlar el tamaño y la morfología de nanoestructuras de ingeniería [Usar]

4.17.2. MSN/Caracterización de Materiales (DRX, SEM, TEM) ↑ Volver arriba

Técnicas analíticas avanzadas para sondear las propiedades estructurales, morfológicas y elementales de los materiales de ingeniería.
Temas:
Core

• Difracción de rayos X (DRX) para la determinación de estructuras cristalinas e identificación de fases en materiales de ingeniería
• Microscopía electrónica de barrido (SEM) para morfología superficial y análisis de fallas
• Microscopía electrónica de transmisión (TEM) para la imagen interna de estructuras y defectos en materiales de ingeniería
• Espectroscopía de rayos X por dispersión de energía (EDS) para el mapeo de composición elemental
• Microscopía de fuerza atómica (AFM) para la medición de rugosidad superficial y propiedades nanomecánicas

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1. Explicar la Ley de Bragg y su aplicación para identificar fases en patrones DRX de materiales de ingeniería [Familiarizarse]
2. Interpretar micrografías SEM para evaluar la morfología superficial y los modos de fractura en materiales de ingeniería [Usar]
3. Analizar imágenes TEM para identificar dislocaciones, fronteras de grano y fases en aleaciones de ingeniería [Evaluar]
4. Realizar la cuantificación elemental con EDS para verificar la composición de materiales de ingeniería multicomponentes [Usar]

4.17.3. MSN/Materiales para el Almacenamiento y Conversión de Energía ↑ Volver arriba

Química y física de los materiales empleados en baterías, supercapacitores, pilas de combustible y dispositivos fotovoltaicos para los sistemas energéticos de ingeniería.
Temas:
Core

• Baterías de iones de litio: materiales de electrodo, electrolitos y mecanismos de degradación
• Materiales fotovoltaicos: celdas solares de silicio, de perovskita y de tercera generación
• Supercapacitores: materiales de doble capa eléctrica y pseudocapacitivos para la ingeniería de potencia
• Componentes de pilas de combustible: membranas de intercambio de protones y electrocatalizadores para ingeniería energética
• Materiales para el almacenamiento sólido de hidrógeno como vector energético en ingeniería

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1. Describir los mecanismos de carga y descarga en baterías de iones de litio y relacionarlos con el desempeño de ingeniería [Familiarizarse]
2. Evaluar las ventajas y los desafíos de estabilidad de las celdas solares de perovskita para su despliegue en ingeniería [Evaluar]
3. Diseñar arquitecturas de electrodo para mejorar la densidad de energía de supercapacitores en sistemas de potencia de ingeniería [Usar]
4. Analizar la eficiencia y durabilidad de electrocatalizadores para las reacciones de hidrógeno y oxígeno en pilas de combustible [Evaluar]