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Juan C. del Valle, Enrique Camarillo, Laura Martinez Maestro, Julio A. Gonzalo,Carmen Aragó, Manuel Marqués, Daniel Jaque, Ginés Lifante, José García Solé, Karla Santacruz-
Gómez, Roberto C. Carrillo-Torres & Francisco Jaque
RESPUESTA DIELÉCTRICA ANÓMALA DEL AGUA A 60 °C
Enrique Camarillo G.Instituto de Física, UNAM
XXXIII Aniversario de laFacultad de Ciencias Fisico-Matemáticas y Electrónica
Universidad Autónoma de Sinaloa13 de Octubre de 2015
El agua es indudablemente el compuesto fundamental para todas las formas de
la vida. Por ejemplo, permitir la disolución del oxígeno , hacen al agua recibir
oxígeno para la vida marina. Sus propiedades como solvente de un gran número
de compuestos químicos lo hace crucial para el trasporte de nutrientes de la
flora , fauna y humanos.
Por otro lado, sus propiedades físicas hacen que contribuya a la formación de
tierras, arenas pantanos , etc. Al penetrar en las piedras los cambios o
dilatación con temperatura fractura rocas dando lugar a cambio de apariencia de
la tropósfera y formación de tierras cultivables.
En ésta plática se abordan algunas propiedades físicas del agua y un cambio
singular en torno a 60C.
+
2-
+
p=2qd
H2O
Acción capilar del agua y el mercurio.
ESPECTROFOTÓMETRO DE DOBLE CANAL
ANALISIS DE LA SEÑAL OPTICA
Reflectancia
Transmitancia
0I
IR R
0I
IT T
d
T
d
T
eI
IOD
eII
loglog 0
0
400 600 800 1000 12000
2
4
6
Ex
tin
cti
on
co
eff
icie
nt (c
m-1)
Att
en
ua
tio
n c
oe
ffic
ien
t (cm
-1)
Wavelength (nm)
GNRs-s GNRs-l
10
100
1000 Hemoglobin
200 nm 200 nm
1090 nm 808 nm
GNRs-sInjection
Surface
GNRs-lInjection
Imagen térmica de pechuga de pollo bajo irradiación láser 808 y1020 nmen estado estacionario . Las imágenes térmicas fueron obtenidas cuando el áreas de láser incide sobre una inyección subcutánea de Nano-Rods de Aude diferente tamaño
Φabs= 0.97
Φabs= 0.56
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1300
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
GNRs-s
GNRs-l
Wid
th (
nm
)Length (nm)
0 10 20 30
0
1
2
3
GNRs-l
GNRs-s
Laser power (mW)
T
/ext (º
C/c
m-1)
90 nm
Aparece algún prismadediametro 60-80 nm
6
Muestra no tratada Se observan claramente prismas mas que en las Tratadaspero incluso esta fotografía son mas numerosos los primas
Prismas deformados hacia esferas.
2
300 400 500 600 700 800 900 1000
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
C
oe
ficie
nte
de
extin
cio
n (
a,u
)
Longitud de onda (nm.)
o tratada
Annealing a 87 C
Nano-prismas de Ag antes y después del annealing a 87 C ,durante 130 minutoLas gsraficas según salen del Espectrofotómetro endonde en el canal de referencia se poneuna cubeta con agua al de espesor igual al disolución.
9
300 310 320 330 340 350 360 370
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Co
eficie
nte
de
extin
cio
n (
a,u
)
Longitud de onda (nm.)
No tratada
Annealing a 87 C
Detalle de la banda de alta energia. Se desplaza en sentidocontrario a la de alta energía.
10
Plasmón??
20 30 40 50 60 70 80 90
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pe
ak a
rea
(a,u
)
Temperature (C)
En las partículas de AG pasa lo mismo. Aquí solo represento como desciende La banda con la temperatura de annealing.
20 30 40 50 60 70 80 90
760
770
780
790
800
810
Pea
k p
ositio
n (
nm
)
Anneling Temperature (C)
20 30 40 50 60 70 80 90
-50
-40
-30
-20
-10
0
(
nm
)
Annealing Temperature (C)
20 30 40 50 60 70 80 90
900
1000
1100
1200
1300
Ba
nd
are
a (
a,u
)
Temperature (C)
Aquí tienes cuantificado por temperaturas los efectos: hasta 60-70 grados no hay casi variación en el valor de λ en el máximo de la banda ni en el áreade la misma . Si aparecen estas variaciones para T ≥ 70 viéndose
una variación total de 50 nm sobre unos 805 nm y el area cae un 10%.Estos datos son para nanotubos de Au
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
Abso
rba
ncia
longitud de onda (nm)
8 horas
15 horas
27 horas
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
Abso
rba
ncia
(U
.A)
longitud de onda (nm)
8 horas
12 horas
27 horas
SOLUCIÓN. MÁXIMOS [nm]. NANOESTRUCTURA.
8 horas. 398.07±0.22 Esferas
618.04±0.30 Prismas
12 horas. 400.23±0.30 Esferas
641.95±0.24 Prismas
27 horas. 408.08±0.62 Esferas
637.38±0.53 Prismas
400 600 800 1000 1200 1400
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 GNRs-l
GNRs-s
Exti
ncti
on
co
efi
cie
nt
(cm
-1)
Wavelength (nm)
20 30 40 50 60 70 80 90
9600
12000
12400
12800
13200
13600
14000
GNRs-s
GNRs-l
exc p
ea
k p
osit
ion
(cm
-1)
Annealing temperature (ºC)
20 30 40 50 60 70 80 90
1005
1010
1015
1020
1025
1030
1035
p
ea
k p
ositio
n (
nm
)
Temperature (C)
20 30 40 50 60 70 80 90
-25
-20
-15
-10
-5
0
(n
m)
Temperatura (C)
20 30 40 50 60 70 80 90
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450
Ba
nd
Are
a (
a,u
)
Temperature (C)
0 20 40 60 80 100 120 140
0
20
40
60
80
100
C
ou
nts
Nanometers long (nm.)
Untreated sample
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
20
40
60
80
100
120
Co
un
ts
Nanometers wide (nm.)
Untrated sample
0 20 40 60 80 100 120 140
0
10
20
30
40
50
60
70
C
ou
nts
Nanometers length (nm)
Annealing at 87 C
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Co
un
ts
Nanometers wide (nm)
Annealing Sample at 87 C
400 600 800 1000 1200
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Extin
ctio
n C
oe
ffic
ien
t (a
,u)
Wavelength (nm)
Untreated
Annealing a 87 C
Todo empieza cuando estudiamos la estabilidad térmica de nanotubos y nanoprimas deAu y Ag respectivamente. Las nano-partículas estan dispersadas en agua y tienen untratamiento durante su síntesis, en agua también, para que queden cargadas y así no se agreguen.
Bien, estas partículas presentan unas bandas de absorción debidas a plasmones superficiales.La posición de estas bandas depende del tamaño y forma de la particulas y del metal .Pepe y su grupo utilizan estas partículas para inyectarlas en la celulas y calentar mediante la Iluminación con laser dentro de la banda de absorción del plasmón. La Figura 1 te muestra esasbandas a titulo de ejemplo y como un annealing afecta a la posición e intensidad
Figura 1
400 600 800 1000 1200 1400 1600
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
E
xtin
ctio
n C
oe
ffic
ien
t(a
,u)
Wavelength (nm)
Untreated sample
Annealing 87 C
Los nanotubos más grandes presentan en absorción efectos similares.No es fácil decir si son mayores que los nanotubos mas pequeños sila tendencia en los gráficos siguientes son parecidas.Por suerte a los nanotubos se les hizo el mismo tipo de annealing. Menos mal!!
20 30 40 50 60 70
618
620
622
624
626
628
630
632
634
Temperature (C)
Heating
b
50
5
10
15
20
25
30
35
40
Cu
en
tas
Diámetro del QD (nm)
20 30 40 50 60 70 80518
520
522
524
526
528
530
532
534
536
538
Cooling
Heating
Wa
ve
len
gth
(n
m)
Temperature (C)
a
0 1 2 3
20000
40000
60000
80000
100000
Cu
en
tas
Diámetro del QD (nm)
a)Dependencia del máximo de emisión en QD CdTe tamaño 1.2 nmb)Dependencia del máximo de emisión en QD CdTe tamaño 4.0 nm
Hemos visto que el efecto anterior no podía deberse al coating que forman alrededor deLas partículas para que no se agreguen ,pues unas veces utilizaban un producto y en otra otro. Hacen la síntesis de nanotubos de oro en agua a diferentes temperaturas y ven que las bandaDe absorción debidas a los plamones presenta en su posición e intensidad un claro cambiode casi 200 nm entre 60 y 80 C.
El experimento anterior indica que sintetizando a temperaturas superiores a 60 C
las partículas son de mayor tamaño , algo de acuerdo con los visto durante el annealings
15
Las propiedades de las nanopartículas en agua como la absorción ópticay estabilidad así como las condiciones para su síntesis en agua ,han puesto
de manifiesto una anomalía o fase o algo en el agua a la temperatura de 60-70 C. Esto ha inducido a una revisión cuidadosa de los excelentes datosque hay en la literatura sobre el parámetro 1/Ɛ que confirma lo observadoen las medidas ópticas de nanoparticulas dispersas.
-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0.020
0.022
0.024
0.026
1/
Temperature (C)
0 20 40 60 80 100
0,011
0,012
0,013
0,014
0,015
0,016
0,017
0,018
1/(a
,u)
Temperatuta (C)
1.0 MP0.1.MP
0 20 40 60 80 100
0,011
0,012
0,013
0,014
0,015
0,016
0,017
0,018
1
/(a
,u)
Temperatuta (C)
0–60 °C Ley Curie–Weis (1/εd) = (T − TC1)/C1, C1 = 14,320 K y TC1 = 100.1 K.
60–100°C, Ley de C_W (1/εd) = (T − TC2 )/C2, C2 = 10,650K TC2 = 157.6K
𝜇1=2.17D 𝜇2 =1.87D
Cercano al valor delvapor de agua 1.86 D
Cercano al valor del hielo 2.55 D
N
CBTk
1
2
d
AC 0
+Q
-Q
V
V
QC
d
AC r 0
+Q
-Q
-
+++++++++++++++++++++
+
-
+
---
-
-
---
-
---
-
---
--
-
V
QC r
280 300 320 340 360 380
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
0.016
0.017
0.018
0.019
Albright (1937)
Wyman (1938)
Malmberg (1956)
Bertolini (1992)
1
Temperature (K)
60 C
V
290 300 310 320 330 340 350 360 370
0.60
0.61
0.62
0.63
0.64
0.65
0.66
0.67
0.68
Therm
al C
onductivity o
f W
ate
r(W
/mxK
)
Temperatura(K)
64 C
Ramires R.L.V. (1993)
290 300 310 320 330 340 350 360 370
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Conducta
nce (
S)
Temperature (K)
63 C
Rusiniak L. (2004
270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380
5.8
6.0
6.2
6.4
6.6
6.8
7.0
7.2
7.4
7.6
7.8
www.edutecne.utn.edu.ar
Vargaftik N.B. et al (1969)
Warren F. L. (1927)
Surf
ace T
ensio
n (
N/m
)
Temperature (K)
x102
57 C
Dielectric Constant, Thermal Conductivity, Piezo-opticalCoefficient, Conductance , Surface Tension and Comprenssibility
270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
L.S. Shraiber (1975)
Pie
zo-o
ptical C
oeff
icie
nt (c
m2/K
g)
Temperature (K)
280 300 320 340 360 380
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
0.016
0.017
0.018
0.019
Albright (1937)
Wyman (1938)
Malmberg (1956)
Bertolini (1992)
1
Temperature (K)
60 C
280 300 320 340 360 380
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
Co
mp
ren
ssib
ility
(a
,u)
Temperature (K)
dP
dV
VB
1
280 300 320 340 360 380
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
Co
mp
ren
ssib
ility
(a
,u)
Temperature (K)
A
dG
d
AR
-V
IG
A
V
290 300 310 320 330 340 350 360 370
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Conducta
nce (
S)
Temperature (K)
63 C
Rusiniak L. (2004
-T2 T1
d
TT
d
TQ 12
290 300 310 320 330 340 350 360 370
0.60
0.61
0.62
0.63
0.64
0.65
0.66
0.67
0.68
Therm
al C
onductivity o
f W
ate
r(W
/mxK
)
Temperatura(K)
64 C
Ramires R.L.V. (1993)
Fuerza
270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380
5.8
6.0
6.2
6.4
6.6
6.8
7.0
7.2
7.4
7.6
7.8
www.edutecne.utn.edu.ar
Vargaftik N.B. et al (1969)
Warren F. L. (1927)
Surf
ace T
ensio
n (
N/m
)
Temperature (K)
x102
57 C
l
FS
2
Thermal denaturation of GFP fluorescence, using optical and conventional water-bath heating methods
Native
Reversible
Irreversible
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION