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Nanomateriales
La asignatura del Máster Universitario en Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad de Oviedo denominada "Nanomateriales" es una asignatura optativa que se considera de elevado interés, debido a la enorme incidencia y relevancia de los aspectos teórico-prácticos que se tratan en ella, así como la ingente cantidad de aplicaciones reales en las que se emplean actualmente los materiales diseñados a escala "nanométrica", así como las previsiones de diversificación y crecimiento en las aplicaciones de los mismos. Por ello se hace indispensable hoy en día el conocimiento de este tipo de materiales. Esta asignatura se encuadra dentro del módulo denominado "Familias de Materiales".
La asignatura "Nanomateriales" se encuentra dentro del bloque de las asignaturas optativas correspondientes al primer semestre del programa formativo e introduce a los estudiantes en uno de los grandes campos de investigación más avanzada, el de la Nanociencia y la Nanotecnologáa. La asignatura comienza desarrollando el concepto de nanotecnología, las particularidades de los fenómenos a escala nanométrica y su repercusión en las propiedades macroscópicas de un material, así como las peculiaridades específicas de los nuevos materiales a escala nanométrica. Se revisan a continuación los principales tipos de nanomateriales, las técnicas de fabricación y caracterización y sus aplicaciones más importantes.
Esta asignatura guarda una fuerte interrelación con las demás asignaturas del semestre. Por ejemplo, presenta una relación muy estrecha con otras asignaturas optativas como Biomateriales, Materiales Plásticos, Materiales Cerámicos, Aleaciones Metálicas y Materiales Compuestos. Asimismo, presenta también una elevada afinidad con asignaturas obligatorias del primer semestre, particularmente las dedicadas a técnicas y/o herramientas de análisis o las dedicadas al estudio de las propiedades fisico-químicas básicas y funcionales de los materiales, como son las propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas y magnéticas de los materiales, cuya relación es también muy importante por su evidente utilidad en la caracterizaciòn de los nanomateriales. Por otra parte, las demás asignaturas darán una base sólida al alumno para abordar los contenidos de la de Nanomateriales.
Dado que el Máster en Ciencia y Tecnología de Materiales pretende acoger a estudiantes de diversos espectros de procedencia y que hayan cursado previamente grados en ciencias o ingenierías o licenciados en ciencias o ingenieros o ingenieros técnicos, pueden acceder a este curso aquellos estudiantes que cumplan con la normativa vigente que permite el acceso al Master y que posean un nivel intermedio de conocimientos de Química y Física, así como en Ciencia de Materiales. También será una condición deseable, que el estudiante disponga de unos conocimientos básicos de inglés para utilizar bibliografía científica.
Las competencias básicas que aporta esta asignatura son:
- Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación (CB6)
- Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio (CB7).
- Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios (CB8).
- Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades (CB9).
- Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo (CB10).
Las competencias generales son:
- Capacitar al estudiante para integrarse en un grupo de trabajo de cara a desarrollar proyectos de investigación y/o desarrollo en el campo de la ciencia y la tecnología de los materiales (CG1).
- Ser capaz de resolver problemas complejos y tomar decisiones comprometidas en el ámbito de la ciencia y la tecnología de los materiales (CG2).
- Poder llevar a cabo un trabajo de investigación en ciencia y tecnología de materiales utilizando las fuentes bibliográficas existentes y los equipamientos de ensayo disponibles (CG3).
- Habilidad para comunicar trabajos científico-técnicos sobre ciencia y tecnología de materiales, oralmente y por escrito, tanto a públicos especializados como a no especializados, de un modo claro y conciso (CG4).
- Aptitud de estudio, síntesis y autonomía suficientes para, una vez finalizado este programa formativo, iniciar una Tesis Doctoral en el campo de la ciencia y la tecnología de los materiales (CG5).
Las competencias específicas en esta asignatura son:
- Llegar a mejorar las propiedades de los materiales, con objeto de obtener productos novedosos o con mejores prestaciones (CE2).
- Capacidad para cuantificar de manera precisa la microestructura de cualquier material (CE5).
- Que el estudiante esté capacitado para llevar a cabo la selección de materiales de cara a su uso en aplicaciones concretas (CE7).
Siendo los resultados esperados del aprendizaje:
- Llegar a conocer el procesado de los nanomateriales, sus principales propiedades, así como sus desventajas más relevantes.
- Conocimiento de los procesos de fabricación de este tipo de materiales, sus propiedades, la metodología de ensayos y al final tener capacidad de elección del material más adecuado para cada tipología constructiva.
- Conocimientos del amplio campo de los nanomateriales, reseñando las aplicaciones pasadas, presentes y futuras.
- Conocimiento de una de las materias más novedosas en el campo de los materiales y de sus extensos campos de aplicación presentes y futuros.
BLOQUE I. La materia a escala nanométrica
Tema 1: Introducción a la nanociencia. Efectos de escala. Propiedades dependientes del tamaño. Estado actual y tendencias futuras de la nanotecnología.
Tema 2. Métodos de fabricación de nanomateriales. Caracterización de nanomateriales.
Tema 3. Fenómenos de transporte termoeléctricos en nanomateriales.
BLOQUE II. Nanomateriales funcionales basados en membranas nanoporosas
Tema 4. Síntesis de nuevos nanomateriales a partir de plantillas de óxidos nanoporosos auto-organizados.
Tema 5. Propiedades y aplicaciones de nanomateriales autoensamblados en plantillas nanoporosas.
BLOQUE III: Nanomateriales basados en carbono
Tema 6. Grafeno, nanotubos de carbono y fulerenos. Puntos cuánticos de carbono. Síntesis y Estructuras.
Tema 7. Propiedades mecánicas, térmicas, electrónicas, magnéticas y superconductoras. Funcionalización. Biosensores y otras aplicaciones.
BLOQUE IV: Otros nanomateriales
Tema 8. Nanopartículas metálicas y puntos cuánticos basados en semiconductores. Propiedades ópticas, conductoras, catalíticas, magnéticas. Aplicaciones relevantes.
Tema 9. Generalidades sobre otros nanomateriales. Nanotubos de silicio. Nanomateriales biomiméticos. Nanomateriales híbridos. Aplicaciones relevantes de interés clínico, biológico y medioambiental.
Clases presenciales: serán de asistencia obligatoria y en ellas se presentarán los aspectos clave y de mayor complejidad, y se indicarán los recursos más recomendables para la preparación por parte del estudiante del tema en profundidad. Se utilizará el Campus Virtual para comunicar noticias, fechas de presentación de trabajos, así como para consultar material bibliográfico adicional. Las tutorías grupales supondrán un punto de encuentro para la orientación sobre cualquiera de los elementos que conforman el proceso del aprendizaje, tanto en contenidos como en metodologías de trabajo por parte del estudiante.
Las clases prácticas se destinarán a:
- Exposiciones y debates sobre lecturas propuestas.
- Visita a los Servicios Científico Tecnicos de la Universidad.
Las clases expositivas se complementan con la realización de ejercicios prácticos y con clases prácticas de laboratorio en las que se mostrarán los equipos con los que se realizan los trabajos de investigación en el campo de la asignatura y se revisará la metodología experimental para llevarlos a cabo (PL y PA). En su caso, se utilizarán estos equipos para las demostraciones prácticas y la ejecución de los ensayos correspondientes.
La Tabla muestra los cuatro grandes Bloques en que se ha subdividido la asignatura de “Nanomateriales”, distribuidos temáticamente previendo el número de horas requerido o estimado en función del número total de créditos europeos de la asignatura. Esta organización docente recoge también el orden de impartición de los diferentes temas que componen la asignatura así como la distribución horaria entre las diferentes modalidades docentes mencionadas (Clases expositivas (CE), prácticas de aula (PA) y prácticas de laboratorio (PL)).
Bloque | Temario | TRABAJO PRESENCIAL | TRABAJO NO PRESENCIAL | ||||||||
Horas totales | CE | PA | PL | TG | Sesiones de evaluación | Total | Trabajo en grupo | Trabajo autónomo | Total | ||
I | Tema 1. Introducción a la nanociencia. Efectos de escala. propiedades dependientes del tamaño. Estado actual y tendencias futuras de la Nanotecnología. | 5 | 1,5 | - | - | - | 1,5 | - | 3,5 | 3,5 | |
Tema 2. Métodos de fabricación de nanomateriales. Caracterización de nanomateriales. | 7 | 1,5 | 1 | - | - | - | 2,5 | 1 | 3,5 | 4,5 | |
Tema 3. Fenómenos de transporte termoeléctricos en nanomateriales | 8,5 | 2,5 | - | - | - | - | 2,5 | - | 6 | 6 | |
II | Tema 4. Síntesis de nuevos nanomateriales a partir de plantillas de óxidos nanoporosos auto-organizados | 10,5 | 2,5 | 1 | - | - | - | 3,5 | 1 | 6 | 7 |
Tema 5. Propiedades y aplicaciones de nanomateriales auto-ensamblados en plantillas nanoporosas | 3,5 | 1,0 | - | - | - | - | 1 | - | 2,5 | 2,5 | |
III | Tema 6. Grafeno, nanotubos de carbono y fulerenos. Puntos cuánticos de carbono. Síntesis y Estructuras. | 7 | 2,0 | - | - | - | - | 2 | - | 5 | 5 |
Tema 7. Propiedades mecánicas, térmicas, electrónicas, magnéticas y superconductoras. Funcionalización. Biosensores y otras aplicaciones. | 15 | 2,0 | - | 2 | - | - | 4 | 6 | 5 | 11 | |
IV | Tema 8. Nanopartículas metálicas y puntos cuánticos basados en semiconductores. Propiedades ópticas, conductoras, catalíticas, magnéticas. Aplicaciones relevantes. | 11,5 | 2,5 | 1 | - | - | - | 3,5 | 1 | 7 | 8 |
Tema 9: Generalidades sobre otros nanomateriales. Nanotubos de silicio. Nanomateriales biomiméticos. Nanomateriales híbridos. Aplicaciones relevantes de interés clínico, biológico y medioambiental. | 7 | 2,0 | - | - | - | - | 2 | - | 5 | 5 | |
75 | 17,5 | 3 | 2 | - | - | 22,5 | 9 | 43,5 | 52,5 |
La distribución horaria porcentual de la asignatura en las diferentes modalidades docentes mencionadas se resume en la siguiente Tabla:
Modalidades | Horas | % | Totales | |
Presenciales | Clases expositivas | 17,5 | 23,3 | 22,5 |
Prácticas de aula | 3 | 4,0 | ||
Prácticas de Laboratorio | 2 | 2,7 | ||
No presenciales | Trabajo en grupo | 9 | 12,0 | 52,5 |
Trabajo autónomo | 43,5 | 58 | ||
Total | 75 | 100 | 75 |
El proceso de evaluación se realizará de manera continua, es decir, se llevará a cabo a lo largo de toda la asignatura. En este sentido se calificará:
- la participación en clase, práctica de aula y tutorías grupales, no sólo considerando su asistencia sino también a través de las actividades que en ella desarrolle el alumno.
- la participación activa en las prácticas de laboratorio. Dominio de la materia y grado de consecución de los objetivos de conocimiento y habilidades.
Por otra parte, la evaluación final se realizará mediante una prueba oral consistente en la presentación y discusión crítica de un tema relacionado con la asignatura, dentro de aquellos propuestos por los profesores y de una prueba escrita (con cuestiones de respuesta múltiple y/o corta).
La nota final quedará por tanto conformada por:
Actividad | Criterios de evaluación | Instrumento | Peso |
Actividades presenciales | Participación activa en las clases expositivas, prácticas de aula y de laboratorio, y tutorías grupales. Dominio de la materia y grado de consecución de los objetivos de conocimiento, habilidades y actitudes. | Técnicas de Observación | 5 % |
Actividades presenciales | Calidad de la presentación y exposición, en lo que se refiere tanto a la forma como a los contenidos. Dominio de la materia y grado de consecución de los objetivos de conocimiento, habilidades y aptitudes. | Presentación Oral | 30 % |
Actividades presenciales | Elaborations de resumen sobre una temática relacionada con la asignatura. Dominio de la materia y grado de consecución de los objetivos de conocimiento. | Trabajos y/o Proyectos | 10 % |
Actividades presenciales | Dominio de la materia y grado de consecución de los objetivos de conocimiento. | Evaluación Escrita | 50 % |
Prácticas de laboratorio | Dominio de la materia y grado de consecución de los objetivos de conocimiento y habilidades. | Informe/Memoria de Prácticas | 5 % |
Convocatoria Extraordinaria: Para poder superar la asignatura en alguna de las convocatorias extraordinarias se realizará una única prueba (oral y/o escrita) cuya valoración constituirá el 100% de la calificación de la misma.
En el caso de aquellos estudiantes que pierdan o no sigan el sistema de evaluación continua, y los estudiantes del régimen de dedicación a tiempo parcial que soliciten evaluación diferenciada, se realizará un examen escrito final sobre los contenidos teóricos y prácticos explicados en las clases expositivas, prácticas de aula, laboratorio y tutorías grupales.
Al finalizar el periodo docente los alumnos responderán a un cuestionario en el que se les pedirá la valoración de las metodologías aplicadas, la adecuación de los materiales utilizados, previsión de tiempo requerido para las distintas actividades, etc.
Además el profesor llevará una agenda en la que recogerá diariamente toda la información de interés para planificaciones futuras.
Por otra parte los alumnos deberán anotar diariamente el tiempo dedicado a trabajar la asignatura, información que será recogida por el profesor.
En la plataforma virtual de la asignatura del curso el alumno dispondrá de material elaborado por el equipo docente y, en cada caso, se proporcionará la información y documentación necesarias para el estudio de los diferentes bloques temáticos en los que está dividida la asignatura, así como la consulta de la bibliografía especializada disponible a través de la red de bibliotecas de la Universidad de Oviedo. Entre la bibliografía existente, se recomienda la consulta de algunos textos interesantes que se detallan a continuación:
1. Nanomaterials Handbook.
Y. Gogotsi
Ed. TaylorFrancis, CRC. 2006. Boca Raton. Florida. USA.
2. Nanostructured Materials and Nanotechnology.
H.S. Nalwa
Academic Press, 2002, USA.
3. Nanostructures & Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications.
G. Cao
Imperial College Press, 2004.
4. Self-Assembled Nanostructures.
J.Z. Zhang y vv.aa.
Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2003, New York
5. Quantum Dots and Nanowires.
S. Bandyopadhyay & H.S. Nalwa
American Scientific Publishers, 2003, USA.
6. TiO2 Nanotube Arrays: Synthesis, Properties and Applications.
C.A. Grimes & G.K. Mor
Springer, 2009.
7. Nanochemistry. A Chemical Approach to Nanomaterials.
G.A. Oz??n, A.C. Arsenault.
RSC Publishing, 2006
8. Nanostructured Materials in Electrochemistry
A. Eftekhari
Wiley_VCH, 2008, Verlag GmbH & Co, KGaA, Weinheim
9. Nanofluids. Science and Technology
S.K. Das, S.U.S. Choi, W. Yu, T. Pradeep
Wiley Interscience, 2008, New Jersey, USA
10. Nanostructured Titanium Dioxide in Photocatalysis
It-Meng Low, Hani Manssor Albetran, Victor Manuel de la Prida Pidal, Fong Kwong Yam
Jenny Stanford Publishing 1st Edition (2021), New York (USA). ISBN 9789814877077