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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO
FACULTAD DE QUÍMICA
“EVALUACIÓN DEL EFECTO DE MEMORIA DE
FORMA EN UN MATERIAL COMPUESTO A
PARTIR DE PMMA Y NANOPARTÍCULAS
METÁLICAS 0D Y 1D DE PLATA”
1
PRESENTA: ING. Q. BENJAMÍN PORTILLO RODRÍGUEZ
TUTOR ACADÉMICO: DR. GUSTAVO LÓPEZ TELLÉZ (CCIQS)
TUTOR ADJUNTO: DR. ALFREDO RAFAEL VILCHIS NÉSTOR (CCIQS)
TOLUCA DE LERDO, EDO. MÉXICO, 30 DE NOVIEMBRE DEL 2018
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIA DE
MATERIALES
CONTENIDO.
INTRODUCCIÓN
HIPÓTESIS y OBJETIVO.
METODOLOGÍA.
RESULTADOS y DISCUSIÓN.
CONCLUSIONES.
2
Materiales con Memoria de Forma.
• Treloar, L. R. G. The Physics of Rubber Elasticity. 3ra Edición, Oxford University Press, New York, USA, 2005, 1-20.
• Fleck, N. A.; Muller, G. M.; Ashby, M. F.; Hutchinson, J. W. Strain gradient plasticity: Theory and Experiment. Acta. Metall. Mater. 1994, 42, 475-487.
• https://www.explainthatstuff.com/how-shape-memory-works.html
3
Fig.1 Elasticidad Fig.2 Plasticidad
Materiales con Memoria de Forma.
• Fina, I.; Quintana, A.; Pantoja, J. P.; Marti, X.; Macià, F.; Sanchez, F.; Foerster, M.; Aballe, L.; Fontcuberta, J.; Sort, J. Electric-Field Adjustable Time-Dependent Magnetoelectric Response in Martensitic FeRh Alloy. ACS Appl. Mater.
Interfaces 2017, 9, 15577-15582.
• Paranjape, H. M.; Paul, P. P.; Sharma, H.; Kenesei, P.; Park, J.-S.; Duerig, T. W.; Brinson, L. S.; Stebner, A. P. Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses
of Polycrystalline Shape Memory Alloys. J. Mech. Phys. Solids 2017, 102, 46-66.
• Liu, Y.; Wu, W.; Wei, J.; Yu, Y. Visible Light Responsive Liquid Crystal Polymers Containing Reactive Moieties with Good Processability. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 782-789.
4
Fig.3 SMP - electricidad Fig.4 SMP - luz
Fig.5 SMA - temperatura
5
• Pilate, F.; Toncheva, A.; Dubois, P.; Raquez, J.-M. Shape-memory polymers for multiple applications in the materials world. Eur. Polym. J. 2016, 80, 268-294.
• Jaunich, M. Shape memory polymers. Polym. Test. 2017, 62, A1.
• Chatterjee, T.; Naskar, K. Polymer Nanocomposites for Shape-Memory Applications. En Properties and Applications of Polymer Nanocomposites: Clay and Carbon Based Polymer Nanocomposites;
Tripathy, D. K., Sahoo, B. P., Eds.; Springer: Berlin, 2017; pp 205-222.
• Hornat, C. C.; Yang, Y.; Urban, M. W. Quantitative Predictions of Shape-Memory Effects in Polymers. Adv. Mater. 2017, 29, 1603334.
Materiales con Memoria de Forma.
Fig.6 Ciclo de respuesta térmica SMP
PMMA (polimetilmetacrilato)
• Ficha Técnica METACRILATO (PMMA), EMAC, 2010, RO3 001, 1-2.
6
Fig. 8 PMMA
Fig.7 Estructura química PMMA
El PMMA (polimetilmetacrilato)
• Li, G.; Ding, X.; Cao, Y.; Zheng, Z.; Peng, Y. Novel Shape-Memory Polymer with Two Transition Temperatures. Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 649-652.
91% a una T = 100 °C
7
Fig.9 Copolímero PMMA-PEG
8
PMMA + AgNp-0D.
• Yeum, J. H.; Ghim, H. D.; Deng, Y. Low Temperature Suspension Polymerization of Methyl Methacrylate for the Preparation of High Molecular Weight Poly(methyl methacrylate)/ Silver
Nanocomposite Microspheres. Fibers Polym. 2005, 6, 277-283.
• Vodnik, V. V.; Vuković, J. V.; Nedeljković, J. M. Synthesis and characterization of silver--poly(methylmethacrylate) nanocomposites. Colloid Polym. Sci. 2009, 287, 847-851.
Fig.11 Micro esferas AgNp-0D + MMA
Fig.10 Película PMMA con AgNp-0D
Tabla 1. Cambio de la Tg con respecto a
la concentración de AgNp-0D
9
PMMA + AgNp-1D.
• He, X.; Liu, A.; Hu, X.; Song, M.; Duan, F.; Lan, Q.; Xiao, J.; Liu, J.; Zhang, M.; Chen, Y.; Zeng, Q. Temperature-controlled transparent-film heater based on silver nanowire–PMMA composite film.
Nanotechnology 2016, 27, 475709.
• Luo, H.; Li, Z.; Yi, G.; Zu, X.; Wang, H.; Wang, Y.; Huang, H.; Hu, J.; Liang, Z.; Zhong, B. Electro-responsivesilvernanowire-shapememorypolymercomposites. Matter. Lett. 2014, 134, 172-175.
• Li, J.; Tao, Y.; Chen, S.; Li, H.; Chen, P.; Wei, M.; Wang, H.; Li, K.; Mazzeo, M.; Duan, Y. A flexible plasma-treated silver-nanowire electrode for organic light-emitting devices. Scientific Reports 2017, 7, 16468.
Fig.12 Incorporación de AgNp-1D en
PMMA
10
PMMA + AgNp.
Nanopartículas
Monómero
Polímero
• Hasell, T.; Yang, J.; Wang, W.; Li, J.; Brown, P. D.; Poliakoff, M.; Lester, E.; Howdle, S. M. Preparation of polymer–nanoparticle composite beads by a nanoparticle-stabilised suspension
polymerisation. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4382-4386.
Fig.13 Polimerización en suspensión
Fig.14 PMMA+ Fe3O4Np
HIPOTESIS
11
OBJETIVO
 Evaluar el efecto que tienen las Nanopartículas 0D y 1D de Ag sobre
una matriz de PMMA en su efecto de memoria de forma.
 La incorporación de nanopartículas 0D y 1D de Ag a la matriz de
PMMA modificara su propiedad de efecto de memoria de forma.
12
METODOLOGÍA.
Síntesis de nanopartículas de plata (AgNp)
0D 1D
Caracterización Uv/Vis, TEM
Obtención de materiales
compuestos PMMA+AgNp
a) PMMA+AgNp 0D
b) PMMA+AgNp 1D
Caracterización SEM, EDS, DSC-TGA, XPS, FTIR
Evaluación del efecto de la memoria de forma en
PMMA+AgNp bajo el estímulo de Temperatura
Análisis de Resultados
SÍNTESIS DE AgNp-0D
[AgNO3]= 1x10-2 M
15 mL de té verde
+ 10 mL AgNO3
Agitación magnética
Fig.15 Síntesis AgNp-0D, té verde (GT) Fig.16 Síntesis AgNP-0D, Glucosa + PVP
[AgNO3]= 1x10-2 M
30 mL Glucosa
0.3 g PVP
0.15 g NaOH
Adición 10 mL AgNO3 100µL/min
Al terminar la adición 10 min de
agitación
• Vilchis-Nestor, Alfredo R.; Sánchez-Mendieta, V.; Camacho-López, Marco A.; Gómez-Espinosa, R. M.; Camacho-López, Miguel A.; Arenas-Alatorre, J. A. Solventless synthesis and optical properties of Au and Ag nanoparticles using Camellia sinensis extract.
Mater. Lett. 2008, 62, 3103-3105.
• Pacioni, N. L.; Borsarelli, C. D.; Rey, V.; Vegilia, A. V. Synthetic Routes for the Preparation of Silver Nanoparticles. In Silver Nanoparticle Applications; Alarcon, E. I., Griffith, M., Udekwu, K. I., Eds.; Springer: Cham, 2015, Vol. 1, pp 13-46.
• Wang, H.; Qiao, X.; Chen, J.; Wang, X.; Ding, S. Mechanisms of PVP in the preparation of silver nanoparticles. Mater. Chem. Phys. 2005, 94, 449-453.
Fig.17 Síntesis AgNp-0D, Citrato+NaBH4
[AgNO3]= 1x10-2 M
20 mL Citrato [1x10-2M] +50 mL
AgNO3 [1x10-2M] – 10 min
+
20mL NaBH4 [1x10-2M] + aforo
H2O destilada
SÍNTESIS DE AgNp-1D
• Korte, K. E.; Skrabalak, S. E.; Xia, Y. Rapid synthesis of silver nanowires through a CuCl- or CuCl2-mediated polyol process. J. Mater. Chem. 2008, 4, 18, 437-441.
• Tang, X.; Tsuji, M. Syntheses of Silver Nanowires in Liquid Phase. In Nanowires Science and Technology; Lupu, N., Ed.; InTech: Rijeka, Croatia, 2010; pp. 25–42, ISBN 9789537619343.
• Johan, M. R.; Aznan, N. A. K.; Yee, S. T.; Ho, I. H.; Ooi, S. W.; Singho, N. D.; Aplop, F. Synthesis and Growth Mechanism of Silver Nanowires through Different Mediated Agents (CuCl2 and NaCl) Polyol Process.
Journal of Nanomaterials, 2014, 2014, 2014.
• Pei Zhang, P.; Wymand, I.; Hu, J.; Lin, S.; Zhong, Z.; Tu, Y.; Huang, Z.; Wei, Y. Silver nanowires: Synthesis technologies, growth mechanism and multifunctional applications. Mater. Sci. Eng., B. 2017, 223, 1-23.
• Wiley, B.; Sun, Y.; Xia, Y. Polyol Synthesis of Silver Nanostructures: Control of Product Morphology with Fe(II) or Fe(III) Species. Langmuir, 2005, 21, 8077-8080.
5mL de EG – 151 °C
+
40 μL de CuCl2 [4x10-3 M] – 151°C
+
Goteo simultaneo
2 mL AgNO3 [1x10-2 M] + 2 mL PVP [2x10-2 M]
Agitación magnética 800 rpm
Fig.18 Síntesis AgNp-1D, EG+PVP+CuCl2
15
SÍNTESIS PMMA + AgNp.
• Hasell, T.; Yang, J.; Wang, W.; Li, J.; Brown, P. D.; Poliakoff, M.; Lester, E.; Howdle, S. M. Preparation of polymer–nanoparticle composite beads by a nanoparticle-stabilised suspension polymerisation. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4382-4386.
• Iglesias, B. B.; Telléz Gustavo-Lopez. Obtención de películas delgadas de polimetacrilato de metilo con nps de oro y plata, y estudio de la incorporación de grafeno. 2016, Memoria de estadía, UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE ZINACANTEPEC.
Fig.19 Síntesis del material compuesto
PMMA+AgNp
Fig.20 Formación de películas
PMMA+AgNp
EVALUACIÓN DEL EFECTO DE MEMORIA DE FORMA (SME)
• Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006.
• Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200.
• Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28.
Fig.21 Evaluación del SME con ciclo de evaluación térmica
RESULTADOS.
17
18
AgNp-0D (UV/Vis-TEM)
380nm
380nm
350 - 600nm
NaBH4
PVP
GT
• Noguez, C. Surface Plasmons on Metal Nanoparticles: The Influence of Shape and Physical Environment. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3806-3819.
Fig.22 Resultados UV/Vis de las diferentes síntesis para la
obtención de AgNp-0D
AgNp-0D(TEM)
177 nanopartículas
Tamaño= 76.53 +/-
37.7 nm
Polidispersidad =
55.44%
550 nanopartículas
Tamaño= 12.64 +/-
4.265 nm
Polidispersidad =
33.75%
19
{2 0 0}
{2 2 0}
{1 1 1}
{3 1 1}
{2 0 0}
{2 2 0}
{1 1 1}
{3 1 1}
774 nanopartículas
Tamaño= 12.39 +/-
9.7 nm
Polidispersidad
=39%
Fig.23 TEM/SAED/Conteo de nanopartículas de las diferentes síntesis AgNp-0D
MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-0D
Muestra Síntesis AgNO3 [M] Iniciador[g] Rpm R[%]
1 GT 1x10-2 0.5 700 72
2 PVP 1x10-2 0.5 1300 4.4
3 GT 1x10-2 0.6 1300 4.14
4 GT 5.6x10-3 0.6 1200 13
5 NaBH4 1x10-2 0.5 700 26
PMMA - - 0.5 700 24
20
Tabla 2. Condiciones de polimerización para la formación del compósito PMMA+AgNp-0D
SEM/EDS - PMMA+AgNp-0D
Elemento Peso %
C K 23.80
O K 10.43
Ag L 65.77
Elemento Peso %
C K 38.14
O K 11.33
Ag L 50.53
2)PVP3)GT
21
Fig.24 SEM/EDS de las muestras 2 y 3
22
Fig.25 SEM-mapeo químico, de la muestras 3
Elemento Peso %
C K 72.73
O K 23.66
Cl K 2.87
Ag L 0.74
Elemento Peso %
C K 77.84
O K 20.93
Cl K 0.72
Ag L 0.51
Elemento Peso %
C K 84.31
O K 12.91
Cl K 2.51
Ag L 0.27
1)GT4)GT5)NaBH4
23
a)
b)
c)
A)
B)
C)
Fig.26 SEM/EDS de las muestras 1, 4 y 5 en polvo recién fabricado a), b) y c) respectivamente ;
SEM/EDS de las muestras 1, 4 y 5 en forma de película A), B) y BC respectivamente
MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-0D
1
5
4
PMMA
Muestra Síntesis AgNO3 [M] Iniciador[g] Rpm R[%]
1 GT 1x10-2 0.5 700 72
4 GT 5.6x10-3 0.6 1200 13
5 NaBH4 1x10-2 0.5 700 26
PMMA - - 0.5 700 24
24
Tabla 3. Muestras PMMA+AgNp-0D utilizadas para la formación de
películas
Fig.27 Películas de las muestras 1,4, 5 y
PMMA
RESULTADOS DSC/TGA
• Ferriol, M.; Gentilhomme, A.; Cochez, M.; Oget, N.; Mieloszynski, J. L. Thermal degradation of poly(methyl methacrylate) (PMMA):modelling of DTG and TG curves. Polym. Degrad. Stab. 2003.79, 271-281.
• Guan, X.; Ma, X.; Zhou, H.; Chen, F.; Li, Z. Synthesis and thermal decomposition kinetics of poly(methyl methacrylate)-b-poly(styrene) block copolymers. J. Thermoplast. Compos. Mater. 2015, 30, 691-706.
25
Fig.28 Resultados DSC/TGA para las muestras PMMA+AgNp-0D
Muestra Temp. [°C] %Sh %Sh
Max
%R
PMMA 50 0.16 0.29 57.96
1 50 0.19 0.29 65.37
4 50 0.21 0.26 81.41
5 50 0.27 0.29 91.64
RESULTADOS SME
• Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006.
• Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200.
• Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28.
26
L0 Lstr Lshr
1
4
5
PMMA
Tabla 4. Resultados de las pruebas SME para las
muestras PMMA+AgNp-0D
Fig.29 Esquema para las pruebas de SME
Muestra Temp. [°C] %Sh %Sh
Max
%R
PMMA 50 0.16 0.29 57.96
1 50 0.19 0.29 65.37
4 50 0.21 0.26 81.41
5 50 0.27 0.29 91.64
RESULTADOS SME
• Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006.
• Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200.
• Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28.
27
0.74%W
0.51%W
0.27%W
%W SME
Tabla 4. Resultados de las pruebas SME para las
muestras PMMA+AgNp-0D
RESULTADOS XPS-0D
Muestra 1
Muestra 5
• Girardeaux, C.; Pireaux, Jean-Jacques. Analysis of Poly(methyl methacrylate) (PMMA) by XPS. Surf Sci Spectra. 1996, 4, 134-137.
• Beamson, G.; Bunn, A.; Birggs, D. High-resolution Monochromated XPS of Poly(methyl methacrylate) Thin Films on a Conducting Substrate. Surf. Interface Anal. 1991, 17, 105-115.
• Lhoest, J.-B.; Bertrand, P.; Weng, L. T.; Dewez, J.-L. Combined Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry and X-ray Photoelectron Spectroscopy Study of the Surface Segregation of Poly(methyl methacrylate)
(PMMA) in Bisphenol A Polycarbonate/PMMA Blends. Macromolecules 1995, 28, 4631-4637.
Fig.30 Resultados XPS para la Plata (Ag 3d5/2) de la muestra 1 y 5 en forma de película
RESULTADOS XPS-0D
Muestra 1
Muestra 1
Muestra 5
Muestra 5
Fig.31 Resultados XPS para Carbono y Oxigeno (C1S y O1S) de la muestra 1 y 5 en forma de película
RESULTADOS XPS-0D
Muestra 1
Muestra 1
Muestra 5
Muestra 5
Fig.32 Referencia XPS para (C1S y O1S)
RESULTADOS FTIR
• Konradi, R.; Rühe, J. Interaction of Poly(methacrylic acid) Brushes with Metal Ions: An Infrared Investigation. Macromolecules 2004, 37, 6954-6961.
• Tolstov, A. L.; Lebedev, E. V. Features of the Stabilization of Silver Nanoparticles by Carbonyl-Containing Polymers. Theor. Exp. Chem. 2012, 48, 213-226.
• Salim, Y. S.; Zainudin, N. A.; Chan, C. H.; Chan, K. W. Correlation Between the Storage Time of the NRL and the Efficiency of PMMA Grafting to NR. In Key Elements in Polymers for Engineers and Chemists; Berlin, A. A., Kablov, V. F., Pimerzin, A. A., Zlotsky, S. S., Eds.; Apple Academic Press: Oakville, 2014, Vol. 1, pp 371-383.
• Singhal, A.; Dubey, K. A.; Bhardwaj, Y. K.; Jain, D.; Choudhury, S.; Tyagi, A. K. UV-shielding transparent PMMA/In2O3 nanocomposite films based on In2O3 nanoparticles. RSC Adv. 2013, 3, 20913-20921.
31
Muestra 5
Muestra 1
751cm-1
Fig. 33 Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de
compósito 1 y 5.
Fig. 34 Referencia FTIR del blanco de PMMA en el intervalo de
4000 a 650 cm-1.
RESULTADOS FTIR
32
Muestra 5
Muestra 1
751cm-1
Fig. 33 Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de
compósito 1 y 5.
Fig. 34 Referencia FTIR del blanco de PMMA en el intervalo de
4000 a 650 cm-1.
33
Fig. 35 Posible interacción de las AgNp-0D de gran tamaño,
sintetizadas por el método biológico de té verde (GT).
34
Fig. 36 Posible mayor interacción de las AgNp-0D de menor
tamaño, sintetizadas por el método químico NaBH4.
35
STEM
Fig. 37 a) Micrografía BF-STEM de un ultracorte realizado a la muestra 1 donde se aprecia a las AgNp-0D dentro de la
matriz de PMMA b) EDS realizado al ultracorte de la muestra 1 donde se demuestra la presencia de Ag en el compósito
36
STEM
Fig. 38 a) Micrografía BF-STEM de un ultracorte realizado a la muestra 5 donde se aprecia a las AgNp-0D dentro de la
matriz de PMMA b) EDS realizado al ultracorte de la muestra 5 donde se demuestra la presencia de Ag en el compósito
37
AgNp-1D (UV/Vis)
• Korte, K. E.; Skrabalak, S. E.; Xia, Y. Rapid synthesis of silver nanowires through a CuCl- or CuCl2-mediated polyol process. J. Mater. Chem. 2008, 4, 18, 437-441.
Fig. 39 A) Espectro de absorción tomado de la referencia para la elaboración de la suspensión de AgNp-1D y B)
Espectro de la suspensión de AgNp-1D, de la síntesis química utilizando Etilenglicol (EG) + Polivinilpirrolidona (PVP).
A) B)
38
AgNp-1D (SEM)
Elemento Peso %
C K 49.36
O K 45.52
Ag L 5.12
Total 100.00Fig.40 Micrografías SEM A) x10000 y B) x300000 con análisis EDS de la síntesis utilizada para la
obtención AgNp-1D controlando la relación PVP/AgNO3
A) B)
MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-1D
Muestra Síntesis AgNO3 [M] Iniciador[g] Rpm R[%]
1 GT 1x10-2 0.5 700 72
4 GT 5.6x10-3 0.6 1200 13
5 NaBH4 1x10-2 0.5 700 26
SNW EG-PVP 1x10-2 0.25 700 50
PMMA - - 0.5 700 24
39
Tabla 5. Condiciones de polimerización para la formación de todos los compósito PMMA+AgNp
MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-1D
40
Elemento Peso %
C K 78.85
O K 21.09
Ag L 00.06
Total 100.00
Fig.41 Micrografías SEM a x8000 y análisis EDS del material compuesto PMMA+AgNp-1D de las
muestras SNW01 en película.
RESULTADOS DSC/TGA
41
Fig.42 A) Resultado de los análisis DSC de todas las películas obtenidas de los compósitos de nanopartículas de plata (1, 4, 5 para AgNp-0D y SNW para AgNp-1D)
junto el DSC del PMMA, B) Resultado de los análisis TGA de las películas obtenidas de los compósitos de nanopartículas de plata (5 para AgNp-0D y SNW para
AgNp-1D) junto el TGA del PMMA.
A)
B)
Sample Temp. [°C] %Sh %Sh
Max
%R
PMMA 50 0.16 0.29 57.96
1 50 0.19 0.29 65.37
4 50 0.21 0.26 81.41
5 50 0.27 0.29 91.64
SNW 50 0.29 0.32 93.33
RESULTADOS SME-1D
• Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006.
• Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200.
• Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28.
42
0.74%W
0.51%W
0.27%W
%W SME
0.06%W
Tabla 6. Resultados de las pruebas SME para todas
las muestras PMMA+AgNp
Fig.43 Películas PMMA+AgNp-1D
RESULTADOS XPS-1D
Muestra 5
Fig.44 Resultados XPS para la Plata (Ag 3d5/2) de la muestra 5 y SNW en forma de película
RESULTADOS XPS-1D
Muestra 5 Muestra 5
Fig.45 Resultados XPS para Carbono y Oxigeno (C1S y O1S) de la muestra 5 y SNW en forma de película
RESULTADOS FTIR-1D
45
751cm-1
751cm-1
Fig. 46 A) Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de compósito 1 y SNW, B)
Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de compósito 5 y SNW.
A)
B)
46
Fig. 47 Posible interacción de las AgNp-1D con el PMMA
• 3D Printing of Shape Memory Polymers for Flexible Electronic Devices, M. Zarek, M. Layani, I. Cooperstein, E. Sachyani, D. Cohn and S. Magdassi, Adv. Mater. 28, 4449-4454 (2016).
• Visible Light Responsive Liquid Crystal Polymers Containing Reactive Moieties with Good Processability. Y. Liu, W. Wu, J. Wei, and Y. Yu, ACS Appl. Mater. Interfaces. 9, 782-789 (2017).
• The smallest and the fastest shape memory alloy actuator for micro- and nanorobotics, D.S. Kuchin , P.V. Lega , A.P. Orlov , V.V. Koledov , A.V. Irzhak, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia (2017). 47
Fig. 48 Esquema SME
CONCLUSIONES.
1. La adición de estas AgNp al PMMA se debía en gran medida a la velocidad de agitación (rpm)
y el medio donde estaban suspendidas las AgNp.
2. Al aumentar la cantidad de AgNp no se lograba disolver la matriz de polímero impidiendo la
formación de estas películas.
3. La cantidad de AgNp que se depositaban en el PMMA afectaban sus propiedades térmicas.
4. Temperatura requerida para obtener el SME, 100ºC a solo 50ºC, y para las 1D inclusive
menor (43ºC).
5. El compósito con AgNp-1D presentó mejoras mecánicas (mayor flexibilidad y transparencia)
en comparación a los demás compósitos con AgNp-0D.
6. El SME no se ve afectado directamente por la cantidad de AgNp que se estén depositando en
el material, sino la forma en que las AgNp interaccionan con el polímero.
48
49
Productos Generados
Artículos, Congresos, Cursos y Estancias Fecha
Curso: Biomateriales, dentro de la XV Escuela En Ciencia e Ingeniería de Materiales. UNAM. CDMX, México. Junio 2017
Curso: Fundamentos de electroquímica y aplicaciones en ciencia de materiales, dentro de la XV Escuela En
Ciencia e Ingeniería de Materiales. UNAM. CDMX, México.
Junio 2017
Curso: Celdas solares orgánicas y de perovskita. Conceptos para la Conversión de Energía Solar, dentro de la
XV Escuela En Ciencia e Ingeniería de Materiales. UNAM. CDMX, México.
Junio 2017
Curso: Espectroscopia Infrarrojo: Fundamentos e Interpretación, dentro del Centro Conjunto de Investigación
en Química Sustentable UAEM-UNAM. Toluca, México.
Septiembre 2017
Curso: Difracción de Rayos X, dentro del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C. Sn
Luis Potosí, México.
Octubre 2017
Simposio Interno del Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM. Toluca, México. Enero 2018
2° Lugar en modalidad poster en el 1er Simposium Interdisciplinario en Ciencia de Materiales, realizado en el
Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM. Toluca, México.
Abril 2018
Estancia de investigación en el Laboratorio de Polímeros Avanzados y Materiales Optimizados (LAPOM) de la
University of North Texas, Denton, Texas, U. S. A.
Junio 2018
Artículo enviado al Journal Chemistry of Materials Agosto 2018
Participación en modalidad poster en el XXVII Congreso Internacional de Investigación de Materiales, realizado
en Cancún, México.
Agosto 2018
Tutorial: Texture and Microstructure Analysis using Electron Backscatter Diffraction (EBSD) Imparted at the
XXVI International Materials Research Congress, Cancún, México.
Agosto 2018
50
GRACIAS.
ANEXOS
51
Muestra Reductor
Peso
[g]
Iniciador
[g]
Rendimiento
[%] Agitación [rpm] Vol. Total [ml] Co. AgNp [M]
t. Reacción
[h] Tmax [°C] Atmosfera
1a Te verde (S) 6.094 0.5 72.03 700 50 1x10-2 1 80 Amb
1b Te verde (C) 0.295 0.5 3.49 2000 50 1x10-2 0.92 70 Amb
2a Te verde (S) 0.37 0.5 4.37 2000 50 1x10-2 1.25 80 Amb
4a Glucosa 0.373 0.5 4.41 1300 50 1x10-2 1 70 Amb
B1 0.453 0.5 5.35 1300 100 1 80 Amb
Aa1 Te verde (S) 0.415 0.5 4.91 1300 50 1x10-2 1 80 Amb
Aa2 Te verde (S) 0.35 0.6 4.14 1300 25 1x10-2 1 80 Amb
AN1 Te verde (S) 0.474 0.5 5.60 1300 50 1x10-2 3 70 N2
2Na2 Te verde (S) 0.415 0.56 4.91 1300 50 1x10-2 1 80 N2
3Na2 Te verde (S) 0.58 0.58 6.86 1300 50 1x10-2 1 80 N2
1AG1 Te verde (S) 1.096 0.5 12.96 1200 50 5.6x10-3 0.92 90 Amb
Pc1 Citrato 0.367 0.5 4.34 2000 50 5.6x10-3 1.33 80 Amb
Pc2 Citrato 2.222 0.5 26.26 700 50 1x10-2 1.83 90 Amb
B2 1.2 0.5 14.18 650 50 2 85 Amb
B3 2 0.5 23.65 500 50 1 90 Amb
MMA 9 [ml]
densidad 0.94 [g/cm3]
SÍNTESIS
1
2
3
4
5
53
Muestra Acetona Cloroformo Tolueno
1a O X
1b
2a X
4a X
B1 O X
Aa1 X
Aa2 X
AN1 X
2Na2 X
3Na2 X
1AG1 O
Pc1 X
Pc2 O
B2 O
PRUEBAS SOLVENTES.
54
AgNp-1D (SEM)
Elemento Peso %
C K 5.96
O K 0.67
Ag L 93.37
Total 100.00

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  • 1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA “EVALUACIÓN DEL EFECTO DE MEMORIA DE FORMA EN UN MATERIAL COMPUESTO A PARTIR DE PMMA Y NANOPARTÍCULAS METÁLICAS 0D Y 1D DE PLATA” 1 PRESENTA: ING. Q. BENJAMÍN PORTILLO RODRÍGUEZ TUTOR ACADÉMICO: DR. GUSTAVO LÓPEZ TELLÉZ (CCIQS) TUTOR ADJUNTO: DR. ALFREDO RAFAEL VILCHIS NÉSTOR (CCIQS) TOLUCA DE LERDO, EDO. MÉXICO, 30 DE NOVIEMBRE DEL 2018 QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIA DE MATERIALES
  • 3. Materiales con Memoria de Forma. • Treloar, L. R. G. The Physics of Rubber Elasticity. 3ra Edición, Oxford University Press, New York, USA, 2005, 1-20. • Fleck, N. A.; Muller, G. M.; Ashby, M. F.; Hutchinson, J. W. Strain gradient plasticity: Theory and Experiment. Acta. Metall. Mater. 1994, 42, 475-487. • https://www.explainthatstuff.com/how-shape-memory-works.html 3 Fig.1 Elasticidad Fig.2 Plasticidad
  • 4. Materiales con Memoria de Forma. • Fina, I.; Quintana, A.; Pantoja, J. P.; Marti, X.; Macià, F.; Sanchez, F.; Foerster, M.; Aballe, L.; Fontcuberta, J.; Sort, J. Electric-Field Adjustable Time-Dependent Magnetoelectric Response in Martensitic FeRh Alloy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 15577-15582. • Paranjape, H. M.; Paul, P. P.; Sharma, H.; Kenesei, P.; Park, J.-S.; Duerig, T. W.; Brinson, L. S.; Stebner, A. P. Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys. J. Mech. Phys. Solids 2017, 102, 46-66. • Liu, Y.; Wu, W.; Wei, J.; Yu, Y. Visible Light Responsive Liquid Crystal Polymers Containing Reactive Moieties with Good Processability. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 782-789. 4 Fig.3 SMP - electricidad Fig.4 SMP - luz Fig.5 SMA - temperatura
  • 5. 5 • Pilate, F.; Toncheva, A.; Dubois, P.; Raquez, J.-M. Shape-memory polymers for multiple applications in the materials world. Eur. Polym. J. 2016, 80, 268-294. • Jaunich, M. Shape memory polymers. Polym. Test. 2017, 62, A1. • Chatterjee, T.; Naskar, K. Polymer Nanocomposites for Shape-Memory Applications. En Properties and Applications of Polymer Nanocomposites: Clay and Carbon Based Polymer Nanocomposites; Tripathy, D. K., Sahoo, B. P., Eds.; Springer: Berlin, 2017; pp 205-222. • Hornat, C. C.; Yang, Y.; Urban, M. W. Quantitative Predictions of Shape-Memory Effects in Polymers. Adv. Mater. 2017, 29, 1603334. Materiales con Memoria de Forma. Fig.6 Ciclo de respuesta térmica SMP
  • 6. PMMA (polimetilmetacrilato) • Ficha Técnica METACRILATO (PMMA), EMAC, 2010, RO3 001, 1-2. 6 Fig. 8 PMMA Fig.7 Estructura química PMMA
  • 7. El PMMA (polimetilmetacrilato) • Li, G.; Ding, X.; Cao, Y.; Zheng, Z.; Peng, Y. Novel Shape-Memory Polymer with Two Transition Temperatures. Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 649-652. 91% a una T = 100 °C 7 Fig.9 Copolímero PMMA-PEG
  • 8. 8 PMMA + AgNp-0D. • Yeum, J. H.; Ghim, H. D.; Deng, Y. Low Temperature Suspension Polymerization of Methyl Methacrylate for the Preparation of High Molecular Weight Poly(methyl methacrylate)/ Silver Nanocomposite Microspheres. Fibers Polym. 2005, 6, 277-283. • Vodnik, V. V.; Vuković, J. V.; Nedeljković, J. M. Synthesis and characterization of silver--poly(methylmethacrylate) nanocomposites. Colloid Polym. Sci. 2009, 287, 847-851. Fig.11 Micro esferas AgNp-0D + MMA Fig.10 Película PMMA con AgNp-0D Tabla 1. Cambio de la Tg con respecto a la concentración de AgNp-0D
  • 9. 9 PMMA + AgNp-1D. • He, X.; Liu, A.; Hu, X.; Song, M.; Duan, F.; Lan, Q.; Xiao, J.; Liu, J.; Zhang, M.; Chen, Y.; Zeng, Q. Temperature-controlled transparent-film heater based on silver nanowire–PMMA composite film. Nanotechnology 2016, 27, 475709. • Luo, H.; Li, Z.; Yi, G.; Zu, X.; Wang, H.; Wang, Y.; Huang, H.; Hu, J.; Liang, Z.; Zhong, B. Electro-responsivesilvernanowire-shapememorypolymercomposites. Matter. Lett. 2014, 134, 172-175. • Li, J.; Tao, Y.; Chen, S.; Li, H.; Chen, P.; Wei, M.; Wang, H.; Li, K.; Mazzeo, M.; Duan, Y. A flexible plasma-treated silver-nanowire electrode for organic light-emitting devices. Scientific Reports 2017, 7, 16468. Fig.12 Incorporación de AgNp-1D en PMMA
  • 10. 10 PMMA + AgNp. Nanopartículas Monómero Polímero • Hasell, T.; Yang, J.; Wang, W.; Li, J.; Brown, P. D.; Poliakoff, M.; Lester, E.; Howdle, S. M. Preparation of polymer–nanoparticle composite beads by a nanoparticle-stabilised suspension polymerisation. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4382-4386. Fig.13 Polimerización en suspensión Fig.14 PMMA+ Fe3O4Np
  • 11. HIPOTESIS 11 OBJETIVO  Evaluar el efecto que tienen las Nanopartículas 0D y 1D de Ag sobre una matriz de PMMA en su efecto de memoria de forma.  La incorporación de nanopartículas 0D y 1D de Ag a la matriz de PMMA modificara su propiedad de efecto de memoria de forma.
  • 12. 12 METODOLOGÍA. Síntesis de nanopartículas de plata (AgNp) 0D 1D Caracterización Uv/Vis, TEM Obtención de materiales compuestos PMMA+AgNp a) PMMA+AgNp 0D b) PMMA+AgNp 1D Caracterización SEM, EDS, DSC-TGA, XPS, FTIR Evaluación del efecto de la memoria de forma en PMMA+AgNp bajo el estímulo de Temperatura Análisis de Resultados
  • 13. SÍNTESIS DE AgNp-0D [AgNO3]= 1x10-2 M 15 mL de té verde + 10 mL AgNO3 Agitación magnética Fig.15 Síntesis AgNp-0D, té verde (GT) Fig.16 Síntesis AgNP-0D, Glucosa + PVP [AgNO3]= 1x10-2 M 30 mL Glucosa 0.3 g PVP 0.15 g NaOH Adición 10 mL AgNO3 100µL/min Al terminar la adición 10 min de agitación • Vilchis-Nestor, Alfredo R.; Sánchez-Mendieta, V.; Camacho-López, Marco A.; Gómez-Espinosa, R. M.; Camacho-López, Miguel A.; Arenas-Alatorre, J. A. Solventless synthesis and optical properties of Au and Ag nanoparticles using Camellia sinensis extract. Mater. Lett. 2008, 62, 3103-3105. • Pacioni, N. L.; Borsarelli, C. D.; Rey, V.; Vegilia, A. V. Synthetic Routes for the Preparation of Silver Nanoparticles. In Silver Nanoparticle Applications; Alarcon, E. I., Griffith, M., Udekwu, K. I., Eds.; Springer: Cham, 2015, Vol. 1, pp 13-46. • Wang, H.; Qiao, X.; Chen, J.; Wang, X.; Ding, S. Mechanisms of PVP in the preparation of silver nanoparticles. Mater. Chem. Phys. 2005, 94, 449-453. Fig.17 Síntesis AgNp-0D, Citrato+NaBH4 [AgNO3]= 1x10-2 M 20 mL Citrato [1x10-2M] +50 mL AgNO3 [1x10-2M] – 10 min + 20mL NaBH4 [1x10-2M] + aforo H2O destilada
  • 14. SÍNTESIS DE AgNp-1D • Korte, K. E.; Skrabalak, S. E.; Xia, Y. Rapid synthesis of silver nanowires through a CuCl- or CuCl2-mediated polyol process. J. Mater. Chem. 2008, 4, 18, 437-441. • Tang, X.; Tsuji, M. Syntheses of Silver Nanowires in Liquid Phase. In Nanowires Science and Technology; Lupu, N., Ed.; InTech: Rijeka, Croatia, 2010; pp. 25–42, ISBN 9789537619343. • Johan, M. R.; Aznan, N. A. K.; Yee, S. T.; Ho, I. H.; Ooi, S. W.; Singho, N. D.; Aplop, F. Synthesis and Growth Mechanism of Silver Nanowires through Different Mediated Agents (CuCl2 and NaCl) Polyol Process. Journal of Nanomaterials, 2014, 2014, 2014. • Pei Zhang, P.; Wymand, I.; Hu, J.; Lin, S.; Zhong, Z.; Tu, Y.; Huang, Z.; Wei, Y. Silver nanowires: Synthesis technologies, growth mechanism and multifunctional applications. Mater. Sci. Eng., B. 2017, 223, 1-23. • Wiley, B.; Sun, Y.; Xia, Y. Polyol Synthesis of Silver Nanostructures: Control of Product Morphology with Fe(II) or Fe(III) Species. Langmuir, 2005, 21, 8077-8080. 5mL de EG – 151 °C + 40 μL de CuCl2 [4x10-3 M] – 151°C + Goteo simultaneo 2 mL AgNO3 [1x10-2 M] + 2 mL PVP [2x10-2 M] Agitación magnética 800 rpm Fig.18 Síntesis AgNp-1D, EG+PVP+CuCl2
  • 15. 15 SÍNTESIS PMMA + AgNp. • Hasell, T.; Yang, J.; Wang, W.; Li, J.; Brown, P. D.; Poliakoff, M.; Lester, E.; Howdle, S. M. Preparation of polymer–nanoparticle composite beads by a nanoparticle-stabilised suspension polymerisation. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4382-4386. • Iglesias, B. B.; Telléz Gustavo-Lopez. Obtención de películas delgadas de polimetacrilato de metilo con nps de oro y plata, y estudio de la incorporación de grafeno. 2016, Memoria de estadía, UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE ZINACANTEPEC. Fig.19 Síntesis del material compuesto PMMA+AgNp Fig.20 Formación de películas PMMA+AgNp
  • 16. EVALUACIÓN DEL EFECTO DE MEMORIA DE FORMA (SME) • Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006. • Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200. • Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28. Fig.21 Evaluación del SME con ciclo de evaluación térmica
  • 18. 18 AgNp-0D (UV/Vis-TEM) 380nm 380nm 350 - 600nm NaBH4 PVP GT • Noguez, C. Surface Plasmons on Metal Nanoparticles: The Influence of Shape and Physical Environment. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3806-3819. Fig.22 Resultados UV/Vis de las diferentes síntesis para la obtención de AgNp-0D
  • 19. AgNp-0D(TEM) 177 nanopartículas Tamaño= 76.53 +/- 37.7 nm Polidispersidad = 55.44% 550 nanopartículas Tamaño= 12.64 +/- 4.265 nm Polidispersidad = 33.75% 19 {2 0 0} {2 2 0} {1 1 1} {3 1 1} {2 0 0} {2 2 0} {1 1 1} {3 1 1} 774 nanopartículas Tamaño= 12.39 +/- 9.7 nm Polidispersidad =39% Fig.23 TEM/SAED/Conteo de nanopartículas de las diferentes síntesis AgNp-0D
  • 20. MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-0D Muestra Síntesis AgNO3 [M] Iniciador[g] Rpm R[%] 1 GT 1x10-2 0.5 700 72 2 PVP 1x10-2 0.5 1300 4.4 3 GT 1x10-2 0.6 1300 4.14 4 GT 5.6x10-3 0.6 1200 13 5 NaBH4 1x10-2 0.5 700 26 PMMA - - 0.5 700 24 20 Tabla 2. Condiciones de polimerización para la formación del compósito PMMA+AgNp-0D
  • 21. SEM/EDS - PMMA+AgNp-0D Elemento Peso % C K 23.80 O K 10.43 Ag L 65.77 Elemento Peso % C K 38.14 O K 11.33 Ag L 50.53 2)PVP3)GT 21 Fig.24 SEM/EDS de las muestras 2 y 3
  • 22. 22 Fig.25 SEM-mapeo químico, de la muestras 3
  • 23. Elemento Peso % C K 72.73 O K 23.66 Cl K 2.87 Ag L 0.74 Elemento Peso % C K 77.84 O K 20.93 Cl K 0.72 Ag L 0.51 Elemento Peso % C K 84.31 O K 12.91 Cl K 2.51 Ag L 0.27 1)GT4)GT5)NaBH4 23 a) b) c) A) B) C) Fig.26 SEM/EDS de las muestras 1, 4 y 5 en polvo recién fabricado a), b) y c) respectivamente ; SEM/EDS de las muestras 1, 4 y 5 en forma de película A), B) y BC respectivamente
  • 24. MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-0D 1 5 4 PMMA Muestra Síntesis AgNO3 [M] Iniciador[g] Rpm R[%] 1 GT 1x10-2 0.5 700 72 4 GT 5.6x10-3 0.6 1200 13 5 NaBH4 1x10-2 0.5 700 26 PMMA - - 0.5 700 24 24 Tabla 3. Muestras PMMA+AgNp-0D utilizadas para la formación de películas Fig.27 Películas de las muestras 1,4, 5 y PMMA
  • 25. RESULTADOS DSC/TGA • Ferriol, M.; Gentilhomme, A.; Cochez, M.; Oget, N.; Mieloszynski, J. L. Thermal degradation of poly(methyl methacrylate) (PMMA):modelling of DTG and TG curves. Polym. Degrad. Stab. 2003.79, 271-281. • Guan, X.; Ma, X.; Zhou, H.; Chen, F.; Li, Z. Synthesis and thermal decomposition kinetics of poly(methyl methacrylate)-b-poly(styrene) block copolymers. J. Thermoplast. Compos. Mater. 2015, 30, 691-706. 25 Fig.28 Resultados DSC/TGA para las muestras PMMA+AgNp-0D
  • 26. Muestra Temp. [°C] %Sh %Sh Max %R PMMA 50 0.16 0.29 57.96 1 50 0.19 0.29 65.37 4 50 0.21 0.26 81.41 5 50 0.27 0.29 91.64 RESULTADOS SME • Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006. • Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200. • Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28. 26 L0 Lstr Lshr 1 4 5 PMMA Tabla 4. Resultados de las pruebas SME para las muestras PMMA+AgNp-0D Fig.29 Esquema para las pruebas de SME
  • 27. Muestra Temp. [°C] %Sh %Sh Max %R PMMA 50 0.16 0.29 57.96 1 50 0.19 0.29 65.37 4 50 0.21 0.26 81.41 5 50 0.27 0.29 91.64 RESULTADOS SME • Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006. • Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200. • Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28. 27 0.74%W 0.51%W 0.27%W %W SME Tabla 4. Resultados de las pruebas SME para las muestras PMMA+AgNp-0D
  • 28. RESULTADOS XPS-0D Muestra 1 Muestra 5 • Girardeaux, C.; Pireaux, Jean-Jacques. Analysis of Poly(methyl methacrylate) (PMMA) by XPS. Surf Sci Spectra. 1996, 4, 134-137. • Beamson, G.; Bunn, A.; Birggs, D. High-resolution Monochromated XPS of Poly(methyl methacrylate) Thin Films on a Conducting Substrate. Surf. Interface Anal. 1991, 17, 105-115. • Lhoest, J.-B.; Bertrand, P.; Weng, L. T.; Dewez, J.-L. Combined Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry and X-ray Photoelectron Spectroscopy Study of the Surface Segregation of Poly(methyl methacrylate) (PMMA) in Bisphenol A Polycarbonate/PMMA Blends. Macromolecules 1995, 28, 4631-4637. Fig.30 Resultados XPS para la Plata (Ag 3d5/2) de la muestra 1 y 5 en forma de película
  • 29. RESULTADOS XPS-0D Muestra 1 Muestra 1 Muestra 5 Muestra 5 Fig.31 Resultados XPS para Carbono y Oxigeno (C1S y O1S) de la muestra 1 y 5 en forma de película
  • 30. RESULTADOS XPS-0D Muestra 1 Muestra 1 Muestra 5 Muestra 5 Fig.32 Referencia XPS para (C1S y O1S)
  • 31. RESULTADOS FTIR • Konradi, R.; Rühe, J. Interaction of Poly(methacrylic acid) Brushes with Metal Ions: An Infrared Investigation. Macromolecules 2004, 37, 6954-6961. • Tolstov, A. L.; Lebedev, E. V. Features of the Stabilization of Silver Nanoparticles by Carbonyl-Containing Polymers. Theor. Exp. Chem. 2012, 48, 213-226. • Salim, Y. S.; Zainudin, N. A.; Chan, C. H.; Chan, K. W. Correlation Between the Storage Time of the NRL and the Efficiency of PMMA Grafting to NR. In Key Elements in Polymers for Engineers and Chemists; Berlin, A. A., Kablov, V. F., Pimerzin, A. A., Zlotsky, S. S., Eds.; Apple Academic Press: Oakville, 2014, Vol. 1, pp 371-383. • Singhal, A.; Dubey, K. A.; Bhardwaj, Y. K.; Jain, D.; Choudhury, S.; Tyagi, A. K. UV-shielding transparent PMMA/In2O3 nanocomposite films based on In2O3 nanoparticles. RSC Adv. 2013, 3, 20913-20921. 31 Muestra 5 Muestra 1 751cm-1 Fig. 33 Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de compósito 1 y 5. Fig. 34 Referencia FTIR del blanco de PMMA en el intervalo de 4000 a 650 cm-1.
  • 32. RESULTADOS FTIR 32 Muestra 5 Muestra 1 751cm-1 Fig. 33 Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de compósito 1 y 5. Fig. 34 Referencia FTIR del blanco de PMMA en el intervalo de 4000 a 650 cm-1.
  • 33. 33 Fig. 35 Posible interacción de las AgNp-0D de gran tamaño, sintetizadas por el método biológico de té verde (GT).
  • 34. 34 Fig. 36 Posible mayor interacción de las AgNp-0D de menor tamaño, sintetizadas por el método químico NaBH4.
  • 35. 35 STEM Fig. 37 a) Micrografía BF-STEM de un ultracorte realizado a la muestra 1 donde se aprecia a las AgNp-0D dentro de la matriz de PMMA b) EDS realizado al ultracorte de la muestra 1 donde se demuestra la presencia de Ag en el compósito
  • 36. 36 STEM Fig. 38 a) Micrografía BF-STEM de un ultracorte realizado a la muestra 5 donde se aprecia a las AgNp-0D dentro de la matriz de PMMA b) EDS realizado al ultracorte de la muestra 5 donde se demuestra la presencia de Ag en el compósito
  • 37. 37 AgNp-1D (UV/Vis) • Korte, K. E.; Skrabalak, S. E.; Xia, Y. Rapid synthesis of silver nanowires through a CuCl- or CuCl2-mediated polyol process. J. Mater. Chem. 2008, 4, 18, 437-441. Fig. 39 A) Espectro de absorción tomado de la referencia para la elaboración de la suspensión de AgNp-1D y B) Espectro de la suspensión de AgNp-1D, de la síntesis química utilizando Etilenglicol (EG) + Polivinilpirrolidona (PVP). A) B)
  • 38. 38 AgNp-1D (SEM) Elemento Peso % C K 49.36 O K 45.52 Ag L 5.12 Total 100.00Fig.40 Micrografías SEM A) x10000 y B) x300000 con análisis EDS de la síntesis utilizada para la obtención AgNp-1D controlando la relación PVP/AgNO3 A) B)
  • 39. MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-1D Muestra Síntesis AgNO3 [M] Iniciador[g] Rpm R[%] 1 GT 1x10-2 0.5 700 72 4 GT 5.6x10-3 0.6 1200 13 5 NaBH4 1x10-2 0.5 700 26 SNW EG-PVP 1x10-2 0.25 700 50 PMMA - - 0.5 700 24 39 Tabla 5. Condiciones de polimerización para la formación de todos los compósito PMMA+AgNp
  • 40. MATERIAL COMPUESTO PMMA+AgNp-1D 40 Elemento Peso % C K 78.85 O K 21.09 Ag L 00.06 Total 100.00 Fig.41 Micrografías SEM a x8000 y análisis EDS del material compuesto PMMA+AgNp-1D de las muestras SNW01 en película.
  • 41. RESULTADOS DSC/TGA 41 Fig.42 A) Resultado de los análisis DSC de todas las películas obtenidas de los compósitos de nanopartículas de plata (1, 4, 5 para AgNp-0D y SNW para AgNp-1D) junto el DSC del PMMA, B) Resultado de los análisis TGA de las películas obtenidas de los compósitos de nanopartículas de plata (5 para AgNp-0D y SNW para AgNp-1D) junto el TGA del PMMA. A) B)
  • 42. Sample Temp. [°C] %Sh %Sh Max %R PMMA 50 0.16 0.29 57.96 1 50 0.19 0.29 65.37 4 50 0.21 0.26 81.41 5 50 0.27 0.29 91.64 SNW 50 0.29 0.32 93.33 RESULTADOS SME-1D • Gopi, M.; Kumar, P. R.; Sravanth, P.; Aravind, S. SHAPE MEMORY POLYMERS. 2006. • Maciejewska, M.; Krzywania-Kaliszewska, A. Thermo-Shrinkable Elastomers. In Advanced Elastomers - Technology, Properties and Applications; Boczkowska, A., Eds.; InTech: Lodz, 2012, Edited Volume, pp 181-200. • Behl, M.; Lendlein, A. Shape-memory polymers 2007, 10, 20-28. 42 0.74%W 0.51%W 0.27%W %W SME 0.06%W Tabla 6. Resultados de las pruebas SME para todas las muestras PMMA+AgNp Fig.43 Películas PMMA+AgNp-1D
  • 43. RESULTADOS XPS-1D Muestra 5 Fig.44 Resultados XPS para la Plata (Ag 3d5/2) de la muestra 5 y SNW en forma de película
  • 44. RESULTADOS XPS-1D Muestra 5 Muestra 5 Fig.45 Resultados XPS para Carbono y Oxigeno (C1S y O1S) de la muestra 5 y SNW en forma de película
  • 45. RESULTADOS FTIR-1D 45 751cm-1 751cm-1 Fig. 46 A) Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de compósito 1 y SNW, B) Resultado de los espectros de FTIR en el intervalo de 4000 a 650 cm-1de las películas de compósito 5 y SNW. A) B)
  • 46. 46 Fig. 47 Posible interacción de las AgNp-1D con el PMMA
  • 47. • 3D Printing of Shape Memory Polymers for Flexible Electronic Devices, M. Zarek, M. Layani, I. Cooperstein, E. Sachyani, D. Cohn and S. Magdassi, Adv. Mater. 28, 4449-4454 (2016). • Visible Light Responsive Liquid Crystal Polymers Containing Reactive Moieties with Good Processability. Y. Liu, W. Wu, J. Wei, and Y. Yu, ACS Appl. Mater. Interfaces. 9, 782-789 (2017). • The smallest and the fastest shape memory alloy actuator for micro- and nanorobotics, D.S. Kuchin , P.V. Lega , A.P. Orlov , V.V. Koledov , A.V. Irzhak, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia (2017). 47 Fig. 48 Esquema SME
  • 48. CONCLUSIONES. 1. La adición de estas AgNp al PMMA se debía en gran medida a la velocidad de agitación (rpm) y el medio donde estaban suspendidas las AgNp. 2. Al aumentar la cantidad de AgNp no se lograba disolver la matriz de polímero impidiendo la formación de estas películas. 3. La cantidad de AgNp que se depositaban en el PMMA afectaban sus propiedades térmicas. 4. Temperatura requerida para obtener el SME, 100ºC a solo 50ºC, y para las 1D inclusive menor (43ºC). 5. El compósito con AgNp-1D presentó mejoras mecánicas (mayor flexibilidad y transparencia) en comparación a los demás compósitos con AgNp-0D. 6. El SME no se ve afectado directamente por la cantidad de AgNp que se estén depositando en el material, sino la forma en que las AgNp interaccionan con el polímero. 48
  • 49. 49 Productos Generados Artículos, Congresos, Cursos y Estancias Fecha Curso: Biomateriales, dentro de la XV Escuela En Ciencia e Ingeniería de Materiales. UNAM. CDMX, México. Junio 2017 Curso: Fundamentos de electroquímica y aplicaciones en ciencia de materiales, dentro de la XV Escuela En Ciencia e Ingeniería de Materiales. UNAM. CDMX, México. Junio 2017 Curso: Celdas solares orgánicas y de perovskita. Conceptos para la Conversión de Energía Solar, dentro de la XV Escuela En Ciencia e Ingeniería de Materiales. UNAM. CDMX, México. Junio 2017 Curso: Espectroscopia Infrarrojo: Fundamentos e Interpretación, dentro del Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM. Toluca, México. Septiembre 2017 Curso: Difracción de Rayos X, dentro del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C. Sn Luis Potosí, México. Octubre 2017 Simposio Interno del Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM. Toluca, México. Enero 2018 2° Lugar en modalidad poster en el 1er Simposium Interdisciplinario en Ciencia de Materiales, realizado en el Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM. Toluca, México. Abril 2018 Estancia de investigación en el Laboratorio de Polímeros Avanzados y Materiales Optimizados (LAPOM) de la University of North Texas, Denton, Texas, U. S. A. Junio 2018 Artículo enviado al Journal Chemistry of Materials Agosto 2018 Participación en modalidad poster en el XXVII Congreso Internacional de Investigación de Materiales, realizado en Cancún, México. Agosto 2018 Tutorial: Texture and Microstructure Analysis using Electron Backscatter Diffraction (EBSD) Imparted at the XXVI International Materials Research Congress, Cancún, México. Agosto 2018
  • 52. Muestra Reductor Peso [g] Iniciador [g] Rendimiento [%] Agitación [rpm] Vol. Total [ml] Co. AgNp [M] t. Reacción [h] Tmax [°C] Atmosfera 1a Te verde (S) 6.094 0.5 72.03 700 50 1x10-2 1 80 Amb 1b Te verde (C) 0.295 0.5 3.49 2000 50 1x10-2 0.92 70 Amb 2a Te verde (S) 0.37 0.5 4.37 2000 50 1x10-2 1.25 80 Amb 4a Glucosa 0.373 0.5 4.41 1300 50 1x10-2 1 70 Amb B1 0.453 0.5 5.35 1300 100 1 80 Amb Aa1 Te verde (S) 0.415 0.5 4.91 1300 50 1x10-2 1 80 Amb Aa2 Te verde (S) 0.35 0.6 4.14 1300 25 1x10-2 1 80 Amb AN1 Te verde (S) 0.474 0.5 5.60 1300 50 1x10-2 3 70 N2 2Na2 Te verde (S) 0.415 0.56 4.91 1300 50 1x10-2 1 80 N2 3Na2 Te verde (S) 0.58 0.58 6.86 1300 50 1x10-2 1 80 N2 1AG1 Te verde (S) 1.096 0.5 12.96 1200 50 5.6x10-3 0.92 90 Amb Pc1 Citrato 0.367 0.5 4.34 2000 50 5.6x10-3 1.33 80 Amb Pc2 Citrato 2.222 0.5 26.26 700 50 1x10-2 1.83 90 Amb B2 1.2 0.5 14.18 650 50 2 85 Amb B3 2 0.5 23.65 500 50 1 90 Amb MMA 9 [ml] densidad 0.94 [g/cm3] SÍNTESIS 1 2 3 4 5
  • 53. 53 Muestra Acetona Cloroformo Tolueno 1a O X 1b 2a X 4a X B1 O X Aa1 X Aa2 X AN1 X 2Na2 X 3Na2 X 1AG1 O Pc1 X Pc2 O B2 O PRUEBAS SOLVENTES.
  • 54. 54 AgNp-1D (SEM) Elemento Peso % C K 5.96 O K 0.67 Ag L 93.37 Total 100.00