Plan docente de la asignatura

 

 

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Datos generales

 

Nombre de la asignatura: Caracterización y Manipulación en la Nanoescala

Código de la asignatura: 571413

Curso académico: 2021-2022

Coordinación: Francisca Peiro Martinez

Departamento: Departamento de Ingeniería Electrónica y Biomédica

créditos: 5

Programa único: S

 

 

Horas estimadas de dedicación

Horas totales 125

 

Actividades presenciales y/o no presenciales

70

 

-  Teoría

Presencial y no presencial

 

52

 

-  Prácticas especiales

Presencial y no presencial

 

18

Trabajo tutelado/dirigido

20

Aprendizaje autónomo

35

 

 

Competencias que se desarrollan

 

Competencias básicas

— Capacidad para poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo o la aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

— Capacidad para 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 estos conocimientos y juicios.

— Capacidad para comunicar conclusiones (y los conocimientos y razones últimas que las sustentan) a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

— Habilidades de aprendizaje que permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.


Competencias generales

— Capacidad para identificar el panorama científico e industrial del entorno próximo y a nivel nacional e internacional con relación al ámbito de la nanociencia y la nanotecnología.

— Habilidad para participar en proyectos de investigación y de desarrollo tecnológico.

— Iniciativa para desarrollar metodologías de trabajo innovadoras que puedan contribuir al desarrollo científico y tecnológico de la nanociencia y la nanotecnología.


Competencias específicas

— Capacidad para reconocer los avances tecnológicos y las problemáticas de actualidad en el dominio de la nanotecnología como ciencia interdisciplinar.

— Capacidad para utilizar herramientas de cálculo y modelos teóricos que permitan avanzar en la comprensión de las propiedades y fenómenos básicos, y capacidad para modelar y predecir el comportamiento de los nanosistemas.

— Capacidad para diseñar procesos de síntesis y etapas de procesamiento de materiales nanoestructurados.

— Capacidad para llevar a cabo tareas de investigación y desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados y nanodispositivos con nuevas funcionalidades y posibilidades de aplicación en biotecnología, farmacoterapia, tratamiento y almacenamiento de la información y aprovechamiento energético.

 

 

 

 

Objetivos de aprendizaje

 

Referidos a conocimientos

— Conocer los fundamentos de las microscopías electrónicas y de sonda próxima y de las técnicas de nanomanipulación y la instrumentación relacionada.

 

— Conocer los diversos métodos de preparación de muestras para valorar su aplicabilidad en función de la problemática específica y los posibles riesgos de deterioro o modificación de la muestra.

 

— Conocer el panorama más actual sobre la aplicación de las herramientas de microscopía para la caracterización morfológica y analítica.

 

— Conocer las instalaciones en el entorno próximo y los grandes centros de microscopía.

 

Referidos a habilidades, destrezas

— Valorar adecuadamente los límites de resolución espacial y de dispersión en energía en el contexto global de las técnicas de caracterización.

 

 

Bloques temáticos

 

1. Introducción a la microscopía electrónica

*  Interacción entre electrón y materia
*  Configuración del microscopio electrónico. Fuentes de electrones y lentes electromagnéticas. Aberraciones y resolución. Sistemas de detección
*  Métodos de preparación de muestras

2. Microscopía electrónica de barrido

*  Formación de imágenes topográficas y de composición
*  Modos de observación a bajo voltaje
*  Microscopía electrónica ambiental (ESEM)
*  Microscopía SEM y nanofabricación: SEM-FIB

3. Microscopía electrónica de transmisión

*  Fundamentos de la formación de imagen. Principios de difracción de los electrones. Interpretación de las imágenes con contraste de difracción
*  Contraste de fase y microscopía de alta resolución (HRTEM). Límites de resolución. Interpretación de imágenes con contraste de fase

4. Microscopía electrónica analítica (AEM)

*  Espectroscopia de rayos X. Detectores por dispersión de energía (EDS) y longitud de onda (WDS). Análisis cualitativo de rayos X (XEDS) en SEM y TEM
*  Introducción a la espectroscopia de pérdida de energía de los electrones (EELS)

5. Microscopía de sonda próxima

*  Conceptos básicos. Interacción entre sonda y muestra. Sistema de detección. Escáner. Sistemas antivibratorios. No idealidades
*  Procesado de las imágenes
*  Límites de la microscopía óptica y electrónica. Ventajas de las microscopías de sonda próxima

6. Microscopio de efecto túnel (STM)

*  Corrientes eléctricas para efecto túnel. Dependencia con la distancia de las corrientes por efecto túnel
*  Componentes de un microscopio de efecto túnel: sonda. Detector. Elementos adicionales (cámara de vacío, criostato)
*  Modos de formación de imágenes. Imágenes en corriente constante. Imágenes a altura constante. Interpretación de las imágenes
*  Espectroscopia. Espectroscopia corriente-tensión. Densidad de estados

7. Microscopía de fuerzas atómicas (AFM)

*  Interacciones de corto alcance entre una sonda y una superficie. Interacción de Van der Waals punta-muestra. Dependencia con la distancia
*  Componentes de un microscopio: sonda. Detectores. Elementos opcionales: cámaras ambientales, celdas líquidas
*  Modos de formación de imágenes con el microscopio de fuerzas atómicas. Modo de contacto. Modo de contacto intermitente. Modo de no-contacto. Interpretación de las imágenes
*  Espectroscopia de fuerzas. Curva de fuerza-distancia. Interpretación

8. Microscopía óptica de campo cercano (SNOM)

*  Propiedades de la luz emitida por una sonda nanométrica. Difracción de la luz. Campo cercano. Dependencia del campo cercano con la distancia
*  Componentes de un microscopio: sistema de posicionamiento de la sonda óptica. Sonda óptica. Detector. Elementos opcionales
*  Modos de formación de imágenes. Imágenes de topografía. Imágenes ópticas: transmisión y reflexión. Imágenes de fluorescencia. Interpretación de las imágenes

9. Otras microscopías de sonda próxima avanzadas

*  Microscopía de fuerza electrostática, microscopia de capacidad, microscopía de fuerza atómica de corriente eléctrica (estática y alterna)
*  Microscopía en liquido: microscopía electroquímica, microscopía de corriente iónica

10. Técnicas de nanomanipulación

*  Límites de la micromanipulación. Sistemas de nanoposicionamento
*  Nanomanipulación con pinzas: pinzas ópticas, pinzas magnéticas
*  Nanomanipulación con microscopías de sonda próxima. La sonda del microscopio de fuerzas como herramienta de nanomanipulación. Nanomanipulación mecánica. Nanomanipulación eléctrica. Nanomanipulación química

 

 

Metodología y actividades formativas

 

El curso se divide en dos partes, una dedicada a las técnicas de microscopía electrónica (parte A, septiembre y octubre), y otra centrada en las microscopías de sonda próxima y de nanomanipulación (parte B, noviembre y diciembre). En ambas partes se sigue una metodología docente basada en las siguientes actividades:

— Clases magistrales.
— Prácticas de laboratorio.
— Trabajo en grupo.

PERSPECTIVA DE GÉNERO

En el desarrollo de la asignatura se tendrá en cuenta la perspectiva de género.

Se utilizará un lenguaje inclusivo. En la medida de lo posible, se destacará la actividad realizada por mujeres en el contexto de esta temática.

En este sentido, propondremos la co-creación de un muro colaborativo para visualizar la actividad científica y tecnológica que realizan las investigadoras en el contexto de las técnicas de microscopía.

 

 

 

Evaluación acreditativa de los aprendizajes

 

Evaluación continua

— Parte A: microscopía electrónica (50 % de la nota final).
— Parte B: microscopía de sonda próxima y nanomanipulación (50 %).

A lo largo del curso se harán entregas de informes de prácticas, problemas tutorizados, trabajos sobre temas específicos y/o exámenes parciales que tendrán un valor del 50 % de la nota global. El 50 % restante se obtendrá de un examen final, según el calendario de exámenes del máster.

Debe superarse cada una de las pruebas con una nota mínima de 4 sobre 10.


Reevaluación

Podrá optarse a la reevaluación siempre que se hayan realizado todas las actividades programadas en la asignatura.

 

Evaluación única

En el caso de acogerse a la evaluación única, el estudiante deberá comunicarlo al profesorado coordinador de la asignatura y notificarlo oficialmente a la coordinación del máster dentro de los plazos establecidos, teniendo derecho a realizar el examen final siempre que haya hecho las actividades obligatorias.


Reevaluación

El alumnado que se acoja a esta modalidad también tendrá derecho a un examen de reevaluación, siempre que haya realizado todas las actividades programadas en la asignatura.