Plazas: 4
Vacantes: 4
UACM
San Lorenzo Tezonco
Prolongación San Isidro 151
Colegio Ciencia y Tecnología
58501901 Ext. 14322
| Nombre | Cargo | Correo electrónico |
|---|---|---|
| Tupak Ernesto García Fernández | Profesor - Investigador | tupak.garcia@uacm.edu.mx |
Desarrollar tecnología que permita estudiar procesos que ocurren durante la interacción de pulsos de láser con diferentes materiales o medios (gases, líquidos y sólidos), así como utilizarla para determinar propiedades de los materiales y de los propios pulsos del láser, así como para la modificación o procesamiento de materiales. Para lograr estos fines se busca alcanzar una interpretación de los principios básicos sobre los que se sustenta esta tecnología, lo que a su vez debe permitir modelar algunos de los procesos involucrados en las mencionadas interacciones. Para lograr los fines del proyecto a la vez se necesita el desarrollo de instrumentación. Se busca fortalecer las posibilidades del uso de esta tecnología especialmente en aplicaciones en las que no se ha utilizado previamento, lo que resulta novedoso, y que puede favorecer al abrir su uso en más aplicaciones en el futuro. También se busca que los resultados puedan derivar en la posibilidad de registro de propiedad industrial de tal tecnología y el futuro desarrollo comercial de la misma. Se busca favorecer la difusión y divulgación de los resultados de la investigación científica y tecnológica, impulsando una colaboración multidisciplinaria e interinstitucional, a la vez de impulsar la formación de recursos humanos de alto nivel.
Este es un proyecto de investigación que por una parte está apoyado por proyecto interno del Colegio de Ciencia y Tecnología de la UACM y por otra parte por el CONAHCyT como parte de de su Convocatoria de Ciencia Básica y de Fronteras que busca fomentar el avance del conocimiento universal, incluyendo la investigación de frontera en todas las áreas y campos del saber, así como el desarrollo de las humanidades, las ciencias, las tecnologías y la innovación, mediante apoyos para la generación, desarrollo y consolidación de las capacidades sectoriales, locales, estatales, regionales y nacionales en la materia.
Este en proyecto a realizarse en 3 etapas, con aproximadamente 1 año para cada etapa. Dado el amplio alcance o diversidad de la propuesta, durante todo el proyecto se estará realizando revisión del estado del arte de la temática e implementando, adaptando o mejorando los diferentes sistemas experimentales. Todos los sistemas experimentales propuestos utilizan láseres con duraciones de nanosegundos, que permiten obtener señales eléctricas que alcanzan frecuencias de cientos de MHz, acercándose al GHz. En la primera etapa, utilizando las ecuaciones de Maxwell, y la teoría de circuitos eléctricos, se trabajará para lograr dar una interpretación física de las señales eléctricas. Dadas las altas frecuencias obtenidas, los efectos de las impedancias (reactivas, capacitivas e inductivas) puedan modificar las señales eléctricas obtenidas, lo cual complejiza la interpretación de los resultados. Así, basándose en conocimientos de circuitos eléctricos de alta frecuencia y de antenas de microondas, se trabajará para mejorar la tecnología. Entre los experimentos, se propone uno colocando pequeñas placas dentro del espacio de las propias placas del circuito RC, cuya polarización viene dada de manera controlada por el voltaje producido por un generador de pulsos y que pudieran simular las posibles variaciones de las distribuciones de carga de los materiales o medios por la acción de los pulsos del láser, como ocurre por ejemplo con los plasmas. Se cuenta con generador de pulsos que cuyos anchos temporales se pueden controlar, con valores del orden o inferiores a los de los pulsos del láser, de hasta cientos de picosegundos. De esta manera, se podría tener unas señales con duraciones similares a las que pueden producir los pulsos del láser, lo que debe permitir realizar estudios del circuito de manera más controlada. Se hará estudio de la interacción de pulsos de láser con el aire presente entre las placas del circuito eléctrico, que dependiendo de las características experimentales puede lograrse incluso la ruptura dieléctrica del aire, lo que a su vez se detectará a través de la señal eléctrica del circuito. Este estudio continuará durante todo el proyecto y sirve de base para mostrar que el sistema desarrollado puede ser adecuado como medidor de la energía de los pulsos del láser, de su duración, de su polarización y de sus densidades de potencia. Durante todo el proyecto se hará estudio de la combinación de la tecnología propuesta con otras técnicas, lo que implica también el estudio de estas técnicas. En esta etapa se comenzará con la técnica de nanoestructuración por láser pulsado (pulsed laser nanostructuring - PLN).
En la segunda etapa, además de continuar con actividades planteadas en la primera etapa, se realizarán estudios con otras técnicas en la que los pulsos del láser interactúan con materiales produciendo cambios en ellos, así la tecnología propuesta puede brindar información sobre procesos que allí ocurren. Se presenta breve descripción de las técnicas: Depósito por láser pulsado (pulsed laser deposition, PLD): Pulsos de láser inciden sobre un blanco colocado en un sistema de vacío, produciendo la ablación del material y la formación de una pluma con el mismo, que posteriormente se deposita sobre un sustrato formando una película delgada. Los electrodos de la tecnología propuesta se pueden colocar cercanos a la superficie del blanco, en el espacio entre el blanco y el sustrato, o incluso en la zona de depósito. Espectroscopía de ruptura inducida por láser (laser induced breakdown spectroscopy, LIBS): Pulsos del láser, como en la técnica anterior, pueden producir durante la ablación la formación de plasma, cuya emisión óptica es analizada. Así se puede obtener información sobre la composición atómica o molecular del material del blanco. El posicionamiento de los electrodos cercanos al material debe permitir obtener información sobre los procesos físicos involucrados. Espectroscopía de ruptura inducida por chispa asistida por ablación láser (laser ablation assisted spark induced breakdown spectroscopy, LA-SIBS): Similar a la técnica anterior, pero a los propios electrodos se les aplica un voltaje que provoca un arco que puede incrementar la intensidad de la emisión óptica, mejorando la sensibilidad de la técnica. En este caso el circuito no solo puede servir para realizar mediciones, sino para provocar cambios en el sistema. Similar situación se puede aplicar al resto de las técnicas de este proyecto. Fotoacústica con láser pulsado: La acción de los pulsos produce vibraciones mecánicas en el sistema, que se puede detectar utilizando sensores como piezoeléctricos. Como novedad en nuestro trabajo se propone utilizar el análisis de speckle (moteado) dinámico utilizando como detector la cámara ultra rápida, lo que permite hacer un estudio fotoacústico diferenciado espacialmente. Fotografía rápida: En varias de los procesos de interacción láser es posible tomar secuencias de imágenes de cambios observables durante la interacción. Para estos fines es necesario contar con cámaras ultrarápidas, dado los cortos tiempos en los que se desarrollan los procesos físicos involucrados. Síntesis y procesamiento de coloides de nanopartículas por láser (laser synthesis and processing of colloids – LSPC): Los pulsos de láser actúan sobre un blanco o polvo de algún material que se encuentra en un líquido, lo que permite la síntesis o procesamiento de nanopartículas. Incluye las técnicas: ablación láser en líquido (laser ablation in liquid – LAL), fragmentación láser en líquido (laser fragmentation in liquid – LFL) y la fusión láser en líquido (laser melting in liquid – LML).
En la tercera etapa se continua con actividades de las etapas anteriores, realizando estudio con las diferentes técnicas y aplicando la tecnología propuesta en este proyecto. En cada uno de los experimentos, incluyendo de las etapas anteriores, se variarán parámetros tanto de los pulsos del láser (como: energía, área o volumen de enfoque, longitud de onda), de los medios (composición química, estructura o morfología, dimensiones), de las técnicas complementarias y del propio circuito eléctrico a aplicar (voltaje de capacitores, capacitancia, inductancias, resistencias, forma del circuito, cables, conectores, configuraciones). Se buscarán relaciones entre los diferentes parámetros para lograr encontrar interpretaciones o explicaciones de los procesos y fenómenos de las interacciones entre los pulsos del láser y los medios, así como de sus consecuencias. Es necesario especificar que dada la cantidad de equipos y dispositivos que se utilizan en los experimentos, así como la cantidad de parámetros a variar, incluyendo el número de pulsos del láser, resulta conveniente o necesario automatizar los experimentos. La automatización incluye el control de los equipos y dispositivos, así como la adquisición y procesamiento de las señales y datos. La automatización se llevará a cabo haciendo uso del programa MATLAB. El grupo de trabajo cuenta ya con experiencia en este tipo de automatización. El amplio campo de investigación que presenta la propuesta permite tener flexibilidad para en caso de que alguna de las hipótesis no funcionara, o que fallara el plan en algunas de las técnicas, se tiene suficiente flexibilidad para obtener resultados y presentar entregables, y así dar buen cumplimiento al proyecto. Los estudios de las señales eléctricas se completarán con otras técnicas de análisis, incluyendo: la fotografía rápida, la espectroscopía óptica de emisión, la espectroscopía UV-Vis-IR, la transmitancia de los pulsos del láser, la fotoacústica pulsada, el análisis de tiempo de vuelo y el análisis de speckle (moteado) dinámico, la microscopia de fuerza atómica, difracción de rayos X, la microscopía electrónica de barrido y transmisión.
En el proyecto se cuenta con posibilidad de apoyo económico (becas) para más de 1 estudiante. En general se cuenta con el equipamiento y materiales necesarios para llevar a cabo los experimentos, o se cuenta con los recursos para la adquisición de los mismos. Algunos de estos equipos o materiales están descritos en el apartado de Desarrollo.
La evaluación se llevará a cabo fundamentalmente basándose en los resultados que se obtengan en las tareas que se les asignen.
En general, algunos de los resultados esperados son: - Obtención de ecuaciones que describen los principios físicos básicos del funcionamiento de la tecnología. - Mejoramiento del circuito eléctrico. - Desarrollo y mejoramiento de sistemas experimentales. - Resultados de estudio de aplicación de campos eléctricos dentro del campo producido por los electrodos del circuito eléctrico. - Resultados de estudio de la nanoestructuración de superficies por pulsos de láser. - Resultados de estudio de la ruptura dieléctrica del aire. - Resultados de estudio para demostrar que la tecnología sirve como medidor de energía, duración, polarización y densidades de potencia de pulsos del láser. - Resultados de estudio de variación de voltaje de electrodos dentro de las placas del circuito eléctrico. - Resultados de estudio de espectroscopía de ruptura inducida por chispa asistida por ablación láser. - Resultados de estudio de depósito de películas delgadas por ablación láser. - Resultados de estudio de síntesis y procesamiento de coloides por láser. - Resultados del uso de la tecnología para el estudio de materiales. - Resultados de estudio con la técnica de fotoacústica pulsada. Estos resultados servirán para obtener entregables como: artículos científicos en revistas indexadas, trabajos en eventos científicos, tesis y titulaciones.
Lunes, Martes, Miércoles, Jueves, Viernes
Platel SLT y en otros espacios
No Marginada
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA, TECNOLÓGICA E INNOVACIÓN
31/12/2026
Internacional
Mixto
$ 1565000.0
| Actividades | Licenciatura | Solicitados |
|---|---|---|
| Ingeniería en Sistemas Electrónicos Industriales | 1 | |
| Ingeniería en Sistemas Electrónicos y de Telecomunicaciones | 1 | |
| Ingeniería en sistemas energéticos | 1 | |
| Modelación matemática | 1 |