Nanomecánica: dispositivos electromecánicos y aplicaciones estructurales

Esta materia aborda las aplicaciones y caracterización de los nanomateriales desde el punto de vista de sus propiedades mecánicas. Entre sus objetivos se encuentran el de dar a conocer los fundamentos de los dispositivos micro- y nano-electromecánicos y comprender las razones por las que las propiedades mecánicas de los nanomateriales son diferentes de las de los materiales macroscópicos. También se darán a conocer y se practicarán algunos métodos para ensayar las propiedades mecánicas de los nanomateriales. En paralelo, todas estas características mecánicas de los nanomateriales se relacionarán con sus aplicaciones.

Programa de clases expositivas (10 h)
Tema 1.- Principios de operación, técnicas de fabricación y sistemas de integración para MEMS y NEMS. Aplicación de MEMS/NEMS en nuevos dispositivos.
Tema 2.- Propiedades mecánicas de los nanomateriales (nanopartículas, nanofibras y nanotubos) y materiales nanoestructurados.
Tema 3.- Métodos caracterización mecánica. Microscopio de fuerza atómica, nanoindentación, ensayos de tracción, compresión, flexión, torsión, resonancia, adhesión, tenacidad y fractura. Tribología y Nanotribología.
Tema 4.- Aplicaciones estructurales de nanomateriales. Materiales nano-compuestos, nano-estructurados, aplicaciones tribológicas.

Programa de clases interactivas (10 h)
En los seminarios y clases prácticas de pizarra los alumnos discutirán y resolverán cuestiones y problemas relacionados con la materia. Como preparación de los seminarios, los profesores de la materia proporcionarán a los alumnos artículos de investigación o informes técnicos que aborden estudios de casos específicos de la materia, estos trabajos se discutirán en los seminarios. En las clases de prácticas de pizarra se resolverán problemas que apliquen los conocimientos teóricos presentados en las clases expositivas.

Programa de clases prácticas (6 h)
Práctica 1. Micro-indentación con durómetro Vickers (3 h)
Prácticas 2. Ensayos de tracción, compresión, flexión y fatiga con un sistema de ensayos electrodinámico de alta precisión (3 h)
Práctica 3. Ensayos de fricción y desgaste. Caracterización de superficies con perfilometría 3D (1h)

Bibliografía básica
- Nanomaterials. Mechanics and Mechanisms. K.T. Ramesh. Springer US. 2009.
- Springer Handbook of Nanotechnology. 4ª ed. B. Bhushan. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 2017.
- Mechanical properties of materials. Pelleg, J. Springer Netherlands.2013.
- Foundations of nanomechanics: from solid-state theory to device applications. Cleland, A. N. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2013.

Bibliografía complementaria
-Literatura científica actual, artículos de revisión y casos específicos de interés para el estudio, proporcionada por el profesorado de la asignatura.

Básicas:
CB6: Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

Generales:
CG2: Saber aplicar los conocimientos a la resolución de problemas en el ámbito multidisciplinar de la investigación y la innovación relacionada con nanociencia y nanotecnología.
CG3: Ser capaz de identificar teorías y modelos científicos y aproximaciones metodológicas adecuadas para el diseño y la evaluación de materiales nanoestructurados.


Transversales:
CT1: Saber plantear un proyecto de investigación de forma autónoma.
CT2: Saber desarrollar trabajos de colaboración en equipos multidisciplinares.
CT3: Usar las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) como herramienta para la transmisión de conocimientos, resultados y conclusiones en ámbitos especializados de modo claro y riguroso.
CT4: Tener capacidad para la gestión de la investigación, el desarrollo y la innovación tecnológica en nanociencia y nanotecnología.
CT5: Saber aplicar los principios recogidos en The European Charter & Code for Researchers.

Específicas:
CE01 - Conocer la terminología propia de la Nanociencia y la Nanotecnología.
CE02 – Interrelacionar la estructura química, la arquitectura u ordenamiento del material nanoestructurado con sus propiedades químicas, físicas y biológicas.
CE05 - Evaluar las relaciones y diferencias entre las propiedades de los materiales a escala macro, micro y nano
CE06 - Conocer las principales técnicas de caracterización de materiales nanoestructurados.
CE08 - Conocer las principales aplicaciones de los nanomateriales en los diversos campos de conocimiento como la física, química, ingeniería, la biomedicina, biotecnología, o arte, entre otros.

Clases teóricas con participación de los alumnos.
Discusión de casos prácticos en seminarios con apoyo de métodos informáticos y pizarra.
Aprendizaje basado en problemas
Asistencia a conferencias o mesas redondas

La evaluación consistirá en:
Examen escrito sobre contenidos básicos de la materia (70% de la calificación). El examen de la asignatura, que se realizará en la fecha indicada en la guía del curso correspondiente, consistirá en preguntas de respuesta corta y resolución de problemas.
Participación activa en los seminarios y clases prácticas (30% de la calificación). Se evaluará la participación activa en seminarios y prácticas de laboratorio. Esta evaluación se llevará a cabo también mediante la entrega de informes de prácticas y de un trabajo escrito.


Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación a lo recogido en el “Reglamento de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones”:

"Artículo 16. Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas.

La realización fraudulenta de cualquier ejercicio o prueba requerida en la evaluación de una asignatura implicará la calificación de reprobado en la convocatoria correspondiente, independientemente del proceso disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Se considera fraudulento, entre otras cosas, la realización de trabajos plagiados u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o reinterpretación y sin citaciones a los autores y las fuentes.”

Las horas de actividades formativas presenciales son 26. Las horas de trabajo personal del alumno se estiman en 49.

El alumno debe evitar el simple esfuerzo memorístico y orientar el estudio a comprender, razonar y relacionar los contenidos de la materia. La participación en actividades interactivas permitirá al estudiante una mejor comprensión de los aspectos desarrollados en las clases expositivas, lo que facilitará la preparación del examen final.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas, será de aplicación lo recogido en la Normativa para la evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones.