Una tesis del Grupo de Polímeros estudia las propiedades y estructura química de los nanotubos de dióxido de titanio, un material de futuro
Una tesis del Grupo de Polímeros estudia las propiedades y estructura química de los nanotubos de dióxido de titanio, un material de futuro
El estudiante de doctorado, Eduardo Patricio Estévez Ruiz, procedente de la Universidad Yachay Tech (Ecuador) ha presentado, el pasado miércoles 26 de abril, la tesis doctoral Un estudio computacional de las propiedades físico-químicas y la influencia de la geometría de nanotubos y nanoláminas de TiO2 en un medio polar y apolar, ante un tribunal compuesto por: el investigador distinguido de la Universidad de Quindío (Colombia), Edgar Arturo Gómez González; la catedrática, profesora del departamento de Física y Ciencias de la Tierra de la Universidade da Coruña e investigadora responsable del Laboratorio de Plásticos del CITENI, María José Abad López; y el investigador del Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología y profesor asociado de la Universidad del Guadalajara (México), Miguel Ojeda Martínez.
La tesis ha sido codirigida por el investigador del Centro de Investigación de Ciencias Humanas y de la Educación (CICHE) y profesor de la Universidad Indoamérica (Ecuador), Saravana Prakash Thirumuruganandham, y por el catedrático, profesor del departamento de Física y Ciencias de la Tierra e investigador del Grupo de Polímeros de la Universidade da Coruña, Joaquín Cayetano López Lago.
Este trabajo pretende ser una contribución significativa al estudio computacional de las propiedades físicas de los materiales nanoestructurados. En concreto, se investigan elementos clave de los nanotubos y nanoláminas de dióxido de titanio, un material con múltiples aplicaciones industriales (energías renovables, farmacéutica, pintura, etc.) por sus características ópticas y mecánicas.
El texto se divide en cuatro capítulos:
- El primero tiene como objetivo explicar los principios teóricoprácticos de la simulación computacional. Para ello se tienen en cuenta aspectos fundamentales de la dinámica molecular clásica (Classical Molecular Dynamics, en inglés). Se destacan las ecuaciones newtonianas de movimiento, las condiciones necesarias para un sistema dinámico, el campo de fuerza y los integradores con sus respectivas rutinas de código.
- El segundo capítulo explica cómo la optimización de sistemas HPC (High Performance Computing o Informática de Alto Rendimiento), basada en factores de desempeño, contribuye a la simulación computacional. Para ello, se han tenido en cuenta los cuellos de botella que generan problemas en los cálculos. Se utilizó el “Quinde I”, la supercomputadora más potente de Ecuador. Además, se compiló y comparó el desempeño de dos algoritmos de multiplicación de matrices densas: Srumma y DGEMM.
- El tercer capítulo realiza una revisión en profundidad de estudios preliminares a nivel experimental y computacional de nanotubos de TiO2 (dióxido de titanio). Se describen varios métodos experimentales para la preparación de nanotubos de TiO2 dopados con metales con la finalidad de comprender sus efectos sobre las propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y eléctricas de los nanotubos de anatasa y rutilo. La tesis analiza la historia de los estudios DFT (en inglés, Density functional theory) sobre el dopaje metálico de nanopartículas de TiO2. Se discuten simulaciones clásicas y su relación con los resultados experimentales de los nanotubos de TiO2.
- El último capítulo explica los resultados obtenidos en las simulaciones de nanoláminas y nanotubos de rutilo y anatasa. En concreto se analizan las propiedades macroscópicas (estrés-deformación, densidad vibracional de estados (VDOS), espectros de potencia, espectro infrarrojo, etc.) que han permitido descubrir nuevas características, hasta ahora no observadas, en el campo computacional o experimental.
La tesis revela la importancia industrial del desarrollo de materiales híbridos de TiO2 y la necesidad de una conseguir una mayor comprensión de la estructura química de los nanotubos de TiO2 anatasa dopados con metales para dispositivos de almacenamiento de iones, como las baterías.
*En la imagen de portada, el recién doctorado Eduardo Patricio Estévez Ruiz (en el centro) acompañado por sus codirectores de tesis: el Dr. Saravana Prakash Thirumuruganandham del Centro de Investigación de Ciencias Humanas y de la Educación (CICHE) de la Universidad Indoamérica de Ecuador (a la izquierda) y el Dr. Joaquín Cayetano López Lago de la Universidade da Coruña (a la derecha).