Proyecto Dayan Caro - GAMASCO

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

1 de 12

FORMATO DE PRESENTACIÓN DE PROYECTOS DE

INVESTIGACIÓN EN MENOR CUANTIA

Una vez descargado o impreso este documento se considerará una copia no controlada, por favor asegúrese en el sitio http://www.unicordoba.edu.co/index.php/documentos-sigec/documentos-calidad que ésta es la versión vigente.

INFORMACIÓN DE LA CONVOCATORIA

NOMBRE DE LA CONVOCATORIA AÑO

PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN EN MENOR CUANTÍA PARA FINANCIAR TRABAJOS DE GRADO EN LA MODALIDAD DE PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE PREGRADO. 2015

INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

TITULO DEL PROYECTO

EFECTOS DE LA SUSTITUCIÓN DE ÁTOMOS DE C POR B y N, EN EL COMPUESTO BN EN SU FASE WURTZITA: UN ESTUDIO AB-INITIO

DURACIÓN (MESES)

6 meses

LINEA DE INVESTIGACIÓN INSTITUCIONAL

Desarrollo regional y sostenibilidad ambiental

GRUPO DE INVESTIGACIÓN Y CODIGO COLCIENCIAS

Grupo Avanzado de Materiales y Sistemas Complejos-GAMASCO. COL0100618- Categoría B

FACULTAD

Ciencias Básicas

LINEA DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD

Ciencias exactas y naturales

DEPARTAMENTO / PROGRAMA ACADÉMICO

Física y Electrónica

INFORMACION DE INVESTIGADORES

NOMBRE CÉDULA TELEFONO E-MAIL

INVESTIGADOR PRINCIPAL

Gladys Rocío Casiano Jiménez 34992954 3002032776

[email protected]

COINVESTIGADOR Nicolás Antonio De La Espriella Vélez

6884768 3006749691

[email protected]

COINVESTIGADOR Dayan Fabián Caro Lora

1067915697

3013655945

[email protected]


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

2 de 12




INFORMACIÓN FINANCIERA DEL PROYECTO

FUENTE DE FINANCIACIÓN VALOR SOLICITADO

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA $2.500.000

TOTAL $2.500.000

RESUMEN DEL PROYECTO

Haga una descripción breve del problema y su justificación de solución, los objetivos y la metodología para conseguirlos, los resultados e impactos que espera obtener y el valor de la ejecución del proyecto que se plantea.

En este trabajo de investigación, se hará un estudio de las propiedades estructurales y electrónicas del compuesto nitruro de Boro en su fase wurtzita (w-BN), dopado con átomos de Carbono (w-BN-C), empleando simulaciones de primeros principios, dentro del formalismo de la Teoría del Funcional Densidad (Density Funtional Theory, DFT) usando el método del Pseudopotencial, implementado en el paquete computacional Quantum ESPRESSO. Para el tratamiento de la interacción electrón-electrón se usará la parametrización de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE). En primera instancia, se optimizan los parámetros estructurales; energía estado base, volumen mínimo, módulo de volumen, energía de cohesión y la energía de formación del compuesto. En segunda instancia, se determinan las propiedades electrónicas mediante la densidad de estados (DOS). Por último se indagará las posibles aplicaciones para este compuesto.

PROBLEMA Y SU JUSTIFICACIÓN

Haga una caracterización el problema que desea resolver con el desarrollo del proyecto, haciendo especial énfasis en la pertinencia del mismo para la región, las razones por las cuales este debe ser resuelto con el desarrollo del proyecto e indicando el impacto del desarrollo del mismo en la sociedad.

los sistemas a estudiar en el presente proyecto, el nitruro de Boro en fase wurtzita (w-BN) dopado con carbono (w-BN-C), son sistemas de muchos cuerpos, es decir, son sistemas constituidos por muchos electrones y muchos núcleos (o iones), cuyos movimientos se encuentran acoplados por la interacción coulombiana existentes entre éstos y por interacciones correlación-intercambio entre electrones. Para llevar a cabo un modelo teórico que describa estos sistemas, es necesario resolver un problema mecano-cuántico que consta de las interacciones de un elevado número de partículas (del orden del número de Avogadro 6.023x 1023). Incluso con el poder computacional disponible, actualmente, es imposible resolver un sistema de estas dimensiones. A pesar de esto, existen métodos aproximados capaces de describir dichos sistemas con resultados muy satisfactorios. Dentro de estos métodos se encuentran los llamados métodos ab-initio o de primeros principios, los cuales no emplean parámetros empíricos en sus ecuaciones. En el desarrollo de nuevos materiales y nuevos dispositivos que contribuyan a mejorar la calidad de vida haciendo uso de aplicaciones industriales más sofisticadas, la búsqueda de nuevos materiales continúa siendo un área de gran actividad y rápido crecimiento. Cada día se hacen estudios más rigurosos que ayuden a mejorar o encontrar esta clase de materiales. Como sabemos, hacer estudios experimentales resulta muy costoso debido a la complejidad y rareza de algunos compuestos, por lo que se hace necesario realizar un estudio teórico que analice sus propiedades y establezca si reúne


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

3 de 12




las condiciones deseadas.

Los semiconductores y sus propiedades han sido ampliamente explorados debido a su uso en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, El nitruro de boro (BN) es uno de los compuestos binarios del III-V muy interesante desde el punto de vista tecnológico, ya que sus propiedades tales como alta dureza, transparencia en el visible, alta resistividad, alto punto de fusión y ancha brecha prohibida de energía han permitido emplearlo en herramientas de corte (mezclado con hierro o con acero), capas de protección óptica, dispositivos de alta frecuencia y alta temperatura, fotodiodo UV y recubrimientos anticorrosivos sobre otros materiales [1]. Este material puede cristalizar en las estructuras rombohedral (r-BN), hexagonal (h-BN), cubica (c-BN) y wurtzita (w-BN), las cuales se han estudiado recientemente [2, 3].

Además, comparte muchas de sus propiedades estructurales con el carbono como la estructura cúbica zincblenda (c-BN), Wurtzita BN (w-BN) que se asemejan a las estructuras de diamante cúbicos y hexagonales. Ha sido informado (w-BN) es meta-estable en condiciones ambientales y termodinámicamente estable a alta presión y alta temperatura [2]. Estas Propiedades del BN le confieren gran atractivo. Siguiendo en este mismo orden y dirección, se propone un estudio ab-initio, haciendo uso de la Teoría del Funcional Densidad (DFT) y mediante el empleo del paquete computacional Quantum EXPRESSO. En el cual, se analizaran propiedades estructurales y, electrónicas del Nitruro de Boro en fase wurtzita (w-BN), dopado con átomos de carbono. Revelando así, eventuales cualidades para aplicaciones en la electrónica y la industria.

ESTADO DEL ARTE

Haga una revisión bibliográfica del problema y una descripción del estado del arte de la investigación relacionada con el mismo y su solución.

• En el 2007, Rashid Ahmed et al. Realizaron un estudio teórico de las propiedades estructurales y electrónicas de las cuatro fases del BN (zinc blenda, wurtzita, hexagonal y romboédrico). Los cálculos se hacen por todo el potencial (lineal)(FP) ondas planas aumentadas más orbitales locales (APW + lo) métodos basados en la teoría funcional de la densidad (DFT) como se emplea en el código WIEN2k. además se usa (LDA), (GGA-PBE) y (GGA-EV) propuesto por Engel y Vosko, encontrando que los valores calculados de Energía de cohesión dentro de LDA y GGA-PBE indican que h-BN es más estable que c-BN, además GGA-EV mejora las separaciones de bandas de energías en comparación con LDA y GGA-PBE y los hacen más cerca de los datos experimentales[2].

• En el 2008, Fubo Tian et al. Estudiaron los efectos de la presión hidrostática sobre la entalpía de formación y posiciones de niveles electrónicos de CN y CB en c-BN, empleando el método de pseudopotencial ondas planas, en un enfoque de superceldas en el rango 0-60 GPa, encontrado que la dependencia de la entalpía de formación de CB en presión es mucho más fuerte que la de CN en presión, También observaron que la presión puede debilitar su conductividad en el caso de CN y CB en c-BN [3].

• En el año 2013 Ruilin Han et al. Analizaron las propiedades magnéticas y la estructura electrónica de h-BN y r-BN utilizando cálculos de primeros principios dentro de la aproximación del gradiente generalizado (GGA) y el esquema de GGA + U, encontrando un momento magnético local de 3.0 y 1.0 µB respectivamente [4].

• En el año 2009 S. Saib, N. Bouarissa estudiaron propiedades elásticas, dieléctricas y dinámicas para w-BN. Utilizando el método pseudopotencial, onda plana basada en la DFT dentro de la Aproximación Densidad Local (LDA) junto con la Teoría de la Perturbación del Funcional de la Densidad (DFPT), encontrando que tales cantidades estudiadas tienen ya sea un comportamiento casi lineal o sublineal bajo compresión [5].


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

4 de 12




• En el 2013, M. Ustundag, M. Aslan, Battal G. Yalcin, estudiaron las propiedades estructurales, elásticas y la estabilidad de fase de los compuestos B–V (BN, BP, BAs, BSb and BBi) en zinc blenda (ZB), wurtzita (WZ) y sal de roca(NaCl), usando (FP-LAPW), (DFT), (GGA), encontrado que la fase de estado fundamental de los compuestos B-V es ZB. Los parámetros estructurales, incluyendo el equilibrio, constante de red, módulo de volumen y su derivada presión se calcularon en ZB, NaCl y WZ fases de compuestos B-V [6].

• En el año 2012, Y.B. Li et al. Estudiaron la estructura electrónica y los estados de impureza de S dopando al c-BN, encontrando que la Banda prohibida de S dopando cBN disminuye con el aumento del contenido de S en el cristal de acogida. Además la sustitución de S en un sitio de N inducirá nivel poco profundo cerca de la parte inferior de la banda de conducción, y la sustitución de S en un sitio B inducirá niveles de profundidad dentro de la banda prohibida, resultando ambos en cBN de tipo n [7].

• En el año 2013, Zhiguo Zhang et al. Analizaron la dureza de una nueva alotropía del BN, el nitruro de boro ortorrómbica (O-BN) utilizando cálculos de primeros principios. Encontrando que O-BN posee simultáneamente incomprensibilidad con un alto módulo mayor de 397.38 GPa, y propiedades de súper dureza con una alta dureza Vickers de 65 GPa.[8]

OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS

Plantee el propósito del proyecto a desarrollar y como este se divide en las metas escalonadas para el desarrollo del mismo

Objetivos general:

• Estudiar las propiedades estructurales y electrónicas del compuesto BN dopado con Carbono, mediante DFT, evidenciando así sus posibles aplicaciones.

_________________________________________________________________________ Objetivos específicos:

• Optimizar los parámetros estructurales y electrónicos del compuesto BN . • Estudiar las propiedades estructurales y electrónicas del compuesto BN cuando se sustituye B por

C • Analizar las propiedades estructurales y electrónicas del compuesto BN cuando se sustituye N por

C • Contrastar nuestros resultados con otros resultados teóricos y/o experimentales, si los hay. Y

determinar posibles aplicaciones para el compuesto.

MATERIALES Y MÉTODOS

Haga una descripción de la metodología y los materiales a utilizar en el desarrollo de cada uno de los experimentos que diseñará, realizará y evaluará dentro del desarrollo del proyecto, indicando el nombre del experimento, el procedimiento para realizarlo, el diseño experimental a utilizar, las variables a evaluar y las pruebas estadísticas a aplicar.


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

5 de 12




Metodología Etapa 1: Documentación completa del problema, mediante una revisión bibliográfica exhaustiva del compuesto w-BN y de posibles dopados con impurezas de Carbono u otros. Etapa 2: Apropiación de los métodos de cálculos basados en DFT y en la aproximación del pseudopotencial, identificando las principales diferencias, ventajas y desventajas con respecto a otros métodos de cálculo de estructura electrónica. Etapa 3: Calculo de las propiedades estructurales de los compuestos w-BN limpio y dopado con impurezas de carbono, realizando pruebas de convergencia para los parámetros de entrada en software. Se optimizarán los parámetros estructurales de estos modelos tales como: las constantes de red y el cociente c/a, volumen mínimo, módulo de volumen y se determinará la energía de cohesión y de formación. Etapa 4: Determinación de las propiedades electrónicas del compuesto w-BN limpio y dopado con impurezas de Carbono, mediante la DOS y la estructura de bandas electrónicas. Etapa 5: Publicación de un artículo científico, el cual será enviado a revistas indexadas de alto impacto científico: SCOPUS o ISI. Etapa 6: Análisis y discusión de los resultados. Escritura, revisión y entrega del trabajo. Materiales.

• Work station • Biblioteca especializada del Grupo avanzado de materiales y sistemas Complejos –GAMASCO de la universidad

de córdoba. • Compilador Fortran9, compilador C/C++ y librería matemáticas MKL de Intel Sofware Structure Network.

http:/www.intel.com (en su versión gratuita para Linux) • Paquete computacional Quantum-ESPRESSO (Open Source Package for Research in Electronic Structure,

Simulation, and Optimization). Una iniciativa del Centro Nacional de simulación DEMOCRITOS (Italia) y de sus asociados, en colaboración con el Centro Nacional de Supercoputación CINECA (Italia), la Escuela Politecnica Federal de Lausana (Francia), la Universidad de Princeton (Estados Unidos), y el instituto de Tecnología de Massachusetts (estados Unidos). http:/www.quantum-espresso.org

RESULTADOS ESPERADOS

Enuncie los productos que se compromete a entregar con el desarrollo del proyecto, describiendo los indicadores que planea mejorar y los impactos de dicho mejoramiento para la Universidad, la región y/o el país.

RESULTADO/ PRODUCTO ESPERADO

INDICADOR BENEFICIARIO IMPACTO TIEMPO ESTIMADO DEL

IMPACTO

Aportar conocimiento sobre las propiedades del BN dopado con C.

Un artículo en revista nacional, indexada.

Sector científico, académico e industrial.

Aprovechamiento de nuevos materiales y mejorar la eficiencia

Mediano plazo.


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

6 de 12




de nuevos dispositivos.

Formación de nuevos investigadores

Graduar un estudiante de pregrado

Facultades de ciencias del país y sector tecnológico.

Formar un futuro científico en la caracterización de nuevos materiales.

Corto plazo (6 meses)

Divulgación de resultados en clase y en órganos divulgativos disponibles en la universidad.

Actualización de estudiantes.

Carrera de física, sector académico, comunidad universitaria.

Contribuir con la comunidad científica universitaria, en la actualización de nuevos materiales

Corto plazo

Presentación de informes técnicos del proyecto

Presentación de resultados al CIU y a la comunidad científica local, nacional e internacional.

Comunidad universitaria y sector académico-científico del país.

Reportar a la comunidad científica, los últimos avances en nuevos materiales.

Corto plazo.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Relacione las actividades a desarrollar en función del tiempo (meses), en el periodo de ejecución del proyecto.

ACTIVIDAD TIEMPO (MESES)

1 2 3 4 5 6

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Etapa 4

Etapa 5

Etapa 6

PERSONAL CIENTÍFICO Y DE APOYO

Haga una relación de las personas que participarán en el proyecto.

Nombre Cualificación Entidad Responsabilidad en el proyecto

Gladys Rocío Casiano Jiménez Magister en Ciencias Físicas

Universidad de Córdoba, Montería

I. Principal

Nicolás Antonio De La Espriella Vélez Doctor en Ciencias Físicas


Coinvestigador

Dayan Fabián Caro Lora Estudiante de Física-Aspirante a Físico


Coinvestigador


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

7 de 12




REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS

Liste en orden alfabético las referencias bibliográficas consultadas para la formulación del presente proyecto.

[1] www.advceramics.com. pub, 81504:9, 2003

[2] Rashid Ahmed et al. First principles study of structural and electronic properties of different phases of boron nitride, Pakistán, 2007, University of the Punjab.

[3] Fubo Tian et al. First-principles supercell studies of the substitutional carbon in c-BN, 2008, China, State Key Laboratory of Superhard Materials, Jilin University, Changchun.

[4] Ruilin Han et al. First-principles analysis of ferromagnetism in hexagonal and rhombohedral BN, china, 2013, State Key Laboratory of Superhard Materials, Department of Physics, Jilin University.

[5] S. Saib, N. Bouarissa, Ab initio study of boron nitride at high pressures, Algeria, 2009, Physics Department, Faculty of Science and Engineering, University of M'sila.

[6] M. Ustundag, M. Aslan, Battal G. Yalcin, The first-principles study on physical properties and phase stability of Boron-V (BN, BP, BAs, BSb and BBi) compounds, 2013, Sakarya University, Department of Physics, Esentepe Campus, Serdivan 54187, Turkey.

[7] Y.B. Li et al. Electronic structure and impurity states of S-doped cBN: A first-principle study, China, 2012, Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Department of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University.

[8] Zhiguo Zhang et al. Orthorhombic BN: A novel superhard sp3 boron nitride allotrope, China, 2013, College of Physics, Beihua University, Jilin.

FUENTES DE FINANCIACIÓN

Se deben indicar las fuentes de financiación interna (Universidad de Córdoba) y externas (Otras entidades). Los rubros financiables con recursos del proyecto son los siguientes rubros:

RUBRO DEFINICIÓN

Administración NA

Personal NA

Equipos NA

Salidas de campo Hace referencia a los gastos necesario para el cumplimiento de las actividades técnicas programadas para el desarrollo del proyecto. El valor de este rubro no podrá superar el 20%del valor de financiación solicitado (Tabla 3).


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

8 de 12




FUENTES DE FINANCIACIÓN

Se deben indicar las fuentes de financiación interna (Universidad de Córdoba) y externas (Otras entidades). Los rubros financiables con recursos del proyecto son los siguientes rubros:

RUBRO DEFINICIÓN

Materiales e insumos

Los materiales e insumos se refieren a los distintos elementos que se requieren para el desarrollo de la investigación como reactivos de laboratorios, papelería, materiales de oficina, insumos agropecuarios, entre otros.

Servicios técnicos Hacen referencia a servicios que se contratan externamente y que no generan derechos de propiedad intelectual, tales como análisis de laboratorios, exámenes, traducciones, etc., y que deben relacionarse en la tabla 6.

Publicaciones Se refiere a los costos de edición y publicación de artículos científicos en revistas indexadas, libros, videos, etc. que presenten los resultados del proyecto y sirvan como estrategia de comunicación y apropiación social del conocimiento (Tabla 7).

Software y recursos

bibliográficos

Incluye la adquisición de material bibliográfico tales como libros, manuales, artículos, software necesarios para la perfecta ejecución del proyecto.

Adecuación y construcción de infraestructura

NA

TABLAS DE PRESUPUESTO

TABLA 1. PRESUPUESTO GLOBAL DE LA PROPUESTA (EN MILES PESOS).

Rubros Fuentes

Total UNICORDOBA Externa

Personal 0 0 0

Equipos 0 0 0

Materiales e insumos 2.000.00 0 2.000.00

Salidas de campo 500.00 0 500.00

Publicación 0 0 0

Servicios técnicos 0 0 0

Viajes 0 0 0

Construcción o mantenimiento de infraestructura

0 0 0

Administración 0 0 0

Total 2.500.00 2.500.00

TABLA 2. PERSONAL

Personal Formación académica

Función dentro del proyecto

Dedicación horas/sema

na

Fuente

UNICORDOBA Externa Total


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

9 de 12




*Agregar una columna para cada fuente de financiación adicional distinta a la universidad.

TABLA 3. EQUIPOS QUE SE PLANEA ADQUIRIR (EN MILES DE PESOS)

Equipo Justificación Fuente


Total

TABLA 4. VIAJES (EN MILES DE PESOS)

Recorrido Número Actividad Pasajes Viáticos

RECURSOS


Total

TABLA 5. SALIDAS DE CAMPO (EN MILES DE PESOS)

Recorrido Número Transporte Viáticos/ Estadía

Combustible u otros Total

Montería- Barranquilla-

Montería 1 140.00

360.00 0 500.00

Total 1 140.00 360.00

0 500.00


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

10 de 12




TABLA 6. MATERIALES E INSUMOS

Materiales e insumos

Justificación Unidad Cantidad Valor unitario Valor total

UPS

Garantizar el fluido eléctrico

debido a cortes de energía.

1

4

500.00 2000.00

Total 2000.00

TABLA 7. SERVICIOS TÉCNICOS

Tipo de servicio Justificación Unidad Valor Unitario Valor Total

Total


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

11 de 12




HOJA DE VIDA INVESTIGADORES

DATOS PERSONALES

APELLIDOS Caro Lora NOMBRES Dayan Fabian

FECHA DE NACIMIENTO

21-09-1992 NACIONALIDAD Colombiano

No. DE IDENTIFICACIÓN 1067915697

CORREO ELECTRONICO

[email protected]

DIRECCIÓN DE CORRESPONDENCIA Cll. 3D N° 25 c 53 TELEFONO 7928002

FORMACIÓN ACADÉMICA

FORMACIÓN ACADEMICA

No. DE SEMESTRES APROBADOS

GRADUADO NOMBRE DE LOS ESTUDIOS O TITULO OBTENIDOS

INSTITUCIÓN AÑO SI NO

Profesional 9 x Físico Universidad de Córdoba

2015

Técnico

INFORMACIÓN LABORAL

ENTIDAD DEPENDENCIA

CARGO TELEFONO

CAMPOS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLÓGIA EN LOS CUALES ES EXPERTO

PÚBLICACIONES RECIENTES: (Publicaciones realizadas durante los últimos 5 años).

TIPO DE PUBLICACIÓN TITULO DE LA PUBLICACIÓN

FECHA DE PUBLICACIÓN

PATENTES, PROTOTIPOS U OTRO TIPO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS O DE INVESTIGACIÓN OBTENIDOS EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS

TIPO DE PRODUCTO NOMBRE DEL PRODUCTO AÑO

FIRMA DEL INVESTIGADOR


CÓDIGO: FINV-016

VERSIÓN: 02

EMISIÓN: 16/03/2015

PÁGINA

12 de 12




Documents

Proyecto Dayan Caro - GAMASCO