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El ángulo de contacto es una medida de la mojabilidad de la superficie sólida por un líquido e indica los parámetros superficiales que se necesitan medir.

Antes de pasar a definir el ángulo de contacto, conviene tener claro el concepto de tensión superficial, pues ambos están íntimamente relacionados. La tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área (J·m-2_{) o, de forma equivalente, a la fuerza normal que actúa por}

unidad de longitud (N·m-1). Está causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interface (plano de separación entre dos fases) y dependerá de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción intermoleculares fuertes tendrán tensión superficial elevada. Las moléculas del interior de una masa líquida están sometidas a un

ke

campo de fuerzas uniforme, que hace que la fuerza resultante sea nula, por lo que se encuentra en equilibrio [103]. Esta situación no se produce en las moléculas que forman la interface, donde el campo de fuerzas deja de ser uniforme. En este caso los átomos no solamente están sujetos a las fuerzas interatómicas de su propia fase, sino también a las fuerzas derivadas de la proximidad de átomos de distinta fase. Debido a estas interacciones, surge una fuerza resultante neta que actúa en los átomos de la interface. Tiene un valor no nulo y está dirigida hacia el interior del líquido, como puede verse en la Figura 2.47. El campo de fuerzas generado trata de conseguir el equilibrio característico existente en el interior, minimizando el número de átomos sometidos a estas fuerzas, lo que provoca que la superficie del líquido se altere disminuyendo su área y su energía superficial [104].

Figura 2.47 Representación del equilibrio de fuerzas en el interior de una masa líquida de agua (w=water). Los dos principales parámetros que afectan a la magnitud de la tensión superficial son la temperatura y la composición química de las fases. La variación de la tensión superficial líquido-vapor (γLG) usualmente sigue una relación lineal según la expresión

[104]:

ghd = gI+ (Cghd C*) ∙ (* − *j) Ecuación 8 Ecuación de Young

De forma general, se define el ángulo de contacto como el ángulo que forma la superficie de un líquido al entrar en contacto con una superficie sólida. El valor del ángulo de contacto depende principalmente de la relación existente entre las fuerzas adhesivas del líquido y del sólido y las fuerzas cohesivas del propio líquido. Cuando una fase líquida

kf

capacidad de los sólidos para formar interfaces con los líquidos. La mojabilidad de un determinado sólido por un líquido viene determinada por el ángulo de contacto θ, como se muestra en la Figura 2.48. En ella se representa esquemáticamente una gota de líquido (L) reposando en equilibrio sobre una superficie sólida horizontal en una atmósfera de gas (G) u en otro líquido. El ángulo de contacto es el ángulo formado por el plano tangente a la interfase líquido - gas y el plano formado por el sólido en un contacto trifásico sólido-líquido-gas. La Figura 2.48 muestra una representación de las tensiones interfaciales en equilibrio [103, 104].

Figura 2.48 Esquemas de ángulo de contacto en un diferentes sistemas: dos fases: a) bajo ángulo en gas, b) algo ángulo en gas, y de tres fases c) alto ángulo en líquido, d) bajo ángulo en liquido

Si suponemos que las diversas fuerzas superficiales pueden ser representadas por tensiones superficiales, podemos obtener la siguiente ecuación:

gkd = gkh+ ghdcos B Ecuación 9 Ecuación de Young

y combinando esta expresión con la ecuación de Dupre nos queda:

okh = ghd(1 + cos B) Ecuación 10 Ecuación Young-Dupre

Esta expresión es conocida como la ecuación de Young. Esta ecuación es más útil porque relaciona dos parámetros que pueden ser determinados con facilidad y precisión (tensión superficial líquido - vapor ángulo de contacto). La medida del ángulo de contacto

kg

es complicada en virtud de los siguientes factores: contaminación de la fase líquida; heterogeneidad del sólido e histéresis del ángulo de contacto.

La técnica de la gota sésil ha sido usada ampliamente para medir γLG y θ de

manera simultánea. Este método se basa en una gota sésil de líquido que descansa en equilibrio sobre un sustrato sólido horizontal (Figura 2.48). Mediante técnicas fotográficas, video, TV o rayos X se obtienen imágenes de la gota y se determinan las principales dimensiones de su perfil. La gota puede ser producida in situ o a través de un capilar (gota que cae sobre el sustrato). La posterior evaluación matemática de las dimensiones de la gota proporciona θ y, conociendo la densidad del líquido, γLG. El método de la gota

sésil es tan empleado en la medida de las tensiones superficiales y de los ángulos de contacto en metales líquidos debido a la relativa simplicidad, comparada con otros métodos, del equipo experimental y a la facilidad del tratamiento matemático para el cálculo de γLG. Otra ventaja importante de este método es que puede ser usado en un

amplio rango de temperaturas, permitiendo observar la variación de θ durante largos periodos de tiempo.

Entonces el ángulo de contacto varía en función del tiempo y del estado de equilibrio. Según estas premisas podemos diferenciar varias posibilidades a la hora de medir el ángulo de contacto:

ü El ángulo de contacto puede medirse en gotas estáticas. La gota se produce antes de la medida y tiene un valor constante durante la misma [105].

ü El ángulo de contacto puede medirse en gotas dinámicas. El ángulo de contacto se mide mientras la gota se expande o se retrae como resultado de las tensiones para alcanzar el equilibrio; la superficie límite se renueva constantemente durante la medida. Los ángulos de contacto medidos en gotas crecientes se denominan “ángulos de avance” (advancing angles), mientras que los medidos en gotas que menguan se denominan “ángulos de retroceso” (retreating angles) [106].

Mediante la estimación del ángulo de contacto se estudiará el comportamiento interfacial de los nanotubos con las muestras sanguíneas. Se usará un equipo de ángulo de contacto (Drop Shape Analysis WYKO NT1100 - Veeco).

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3. Hipótesis

En el presente trabajo se propone utilizar la técnica de deposición química de vapores con la asistencia de agua (Water assisted CVD, por sus siglas en ingles), para crecer nanotubos de carbono, se espera que los nanotubos obtenidos sean de mayor calidad y cantidad, permitan la funcionalización con fosforilcolina para modificar las propiedades químicas y físicas de los mismos, probando la factibilidad para proponer un tratamiento anti-ateroesclerótico.

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4. Objetivo general

Lograr una mejora en la calidad de los Nanotubos de carbono que mediante la utilización de W.A. CVD, para permitir una funcionalización y proponerlos como material potencial para aplicaciones

4.1. Objetivos específicos

ü Determinar las condiciones óptimas para el crecimiento de nanotubos de carbono

ü Diseñar e instalar sistema de W.A. CVD

ü probar el sistema de W.A CVD buscando la mejora de la producción.

ü Purificar los nanotubos de carbono

ü Funcionalizar los nanotubos carbono con fosforilcolina.

ü Estudiar la interface entre los nanotubos de carbono funcionalizados y las lipoproteínas de baja densidad a diferentes oxidaciones.

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5. Metodología Experimental

5.1. Catalizadores

5.1.1. Proceso sol-gel

El proceso sol-gel permite la fabricación de materiales amorfos y policristalinos con características especiales en su composición y propiedades. Su utilidad radica en que necesita menor temperatura en comparación con los métodos tradicionales de fabricación de vidrios. El sol-gel es una ruta química que inicia con la síntesis de una suspensión coloidal de partículas sólidas o cúmulos en un líquido (sol) y la hidrólisis y condensación de éste sol para formar un material sólido lleno de solvente (gel). El solvente se le extrae al gel simplemente dejándolo reposar a temperatura ambiente durante un periodo de tiempo llamado envejecimiento, en el cual el gel se encogerá expulsando el solvente y agua residual [107]. Al término del tiempo de envejecimiento, por lo general aún se tienen solventes y agua en el material, además de que el tamaño del poro es considerable. Para solucionar esto, el material se somete a un tratamiento térmico, al final del cual obtendremos nuestro material en forma de monolito o de película delgada.

En la siguiente Tabla 5.1 se proporcionan los reactivos utilizados para realizar el sol gel y algunas de sus propiedades.

Tabla 5.1 Información de reactivos utilizados en el proceso de Sol-gel.

Reactivo Formula Abreviación Pureza PM

(gr/mol) Densidad

Tetra Orto

silicato Si(OC2H5)4 TEOS 98% 208.334 0.934

Etanol CH3CH2-OH R-OH 99.99% 46.07 0.785

Agua Des-

ionizada H20 H20 99.99% 18.016 1

Para hacer las nanopartículas de dióxido de silicio, las cuales servirán como soporte de las partículas catalizadoras es necesario conocer la reacción para poder aproximar la cantidad de dióxido de silicio (SiO2) generado por mililitro de TEOS utilizado:

km

Esta relación estequiométrica revelo que se producen 0.126 gr SiO2 por ml de

Si(OC2H5)4 (TEOS).

Se utilizó una relación 4:4:1 molar de TEOS-Etanol-Agua para sintetizar las nanopartículas según lo encontrado por L.C. Klein [47] para recubrimientos, que a partir de estos se obtendrán las nanopartículas de SiO2. Para la preparación de los óxidos la

relación óptima reportada fue de 50-50, sílice-catalizador respectivamente, ya que con esta relación se obtiene mayor cantidad de nanotubos [108, 109].