Resumen En este artículo de revisión se presenta un estudio relacionado con el efecto que tiene la nanoestructura sobre las propiedades y aplicaciones de los nanomateriales. Dado el amplio campo de investigación de la ciencia de los nanomateriales se analizan en particular los recubrimientos protectores nanoestructurados 2D de barrera térmica de YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia - ZrO2/ Y2O3 - Zirconia Estabilizada con Itria) depositados en película delgada por la técnica PVD (Physical Vapour Deposition - Deposición en fase física de vapor) de pulverización catódica (sputtering) bajo ángulo oblicuo y el de las nanopartículas magnéticas 0D de ferritas de Co-Zn (Co1-xZnxFe2O4) obtenidas mediante el método de co-precipitación química. Para el caso de los recubrimientos protectores nanoestructurados 2D de barrera térmica de YSZ se concluyó que el valor de la conductividad térmica (k) está fuertemente influenciado por la microestructura "en zigzag" de los recubrimientos PVD con disminución de (k) en un orden de magnitud, cuando las columnas cambian de orientación de crecimiento normal (α=0) con respecto a la superficie del sustrato, a una microestructura en un patrón de "zigzag" con n=50 repeticiones. Esto muestra el potencial del crecimiento de películas delgadas YSZ al manipular la nanoestructura en una la deposición bajo ángulo oblicuo, como un método efectivo para mejorar la propiedad de aislante térmico de este material. Por otro lado, pudimos establecer que las propiedades magnéticas de las nanopartículas de Co1-xZnxFe2O4 como el campo coercitivo y la magnetización de saturación están fuertemente correlacionadas con el tamaño de partícula y las propiedades de la estructura cristalina, y la ferrita de Co1-xZnxFe2O4 presenta una tendencia al comportamiento superparamagnético a temperatura ambiente. Este resultado implica que las nanopartículas magnéticas pueden considerarse material magnético blando. Lo anterior hace atractivas las nanopartículas de Co1-xZnFe2O4 para aplicaciones en el campo de la fotónica y la electrónica, como también para aplicaciones biomédicas.

Abstract In this review paper, we present a study related to the nanostructure effect on the properties and applications of nanomaterials. Given in fact the broad field of research of the nanomaterials science, we analyze in particular the 2D YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia-ZrO2/Y2O3) thermal barrier nanostructured protective thin film coatings deposited by PVD (Physical Vapor Deposition) sputtering technique at an oblique angle, and the 0D magnetic nanoparticles of Co-Zn ferrites (Co1-xZnxFe2O4) obtained by chemical co-precipitation method. In the case of YSZ thermal barrier 2D nanostructured protective coatings, it was concluded that the value of thermal conductivity (k) is strongly influenced by the "zigzag" microstructure of PVD coatings. A decrease of (k) in an order of magnitude, when the columns change from normal growth orientation (α = 0) with respect to the substrate surface, to a microstructure in a "zigzag" pattern with n = 50 repetitions, is presented. This shows the growth potential of YSZ thin films by manipulating the nanostructure at an oblique angle deposition as an effective method to improve the thermal insulating property of this material. On the other hand, we can established that the magnetic properties of the Co1 xZnxFe2O4 nanoparticles such as the coercive field and the saturation magnetization are strongly correlated to particle size and crystal structure properties, and the Co1-xZnxFe2O4 ferrite presented a tendency to superparamagnetic behavior at room temperature. This result implies that the magnetic nanoparticles can be considered soft magnetic material. The above makes Co1-xZnxFe2O4 nanoparticles attractive for applications in the field of photonics and electronics, as well as for biomedical applications.

In the present paper, aluminum chromium nitride (Al-Cr-N) films were deposited onto AISI H13 steel substrates by a reactive d.c magnetron co-sputtering system in an atmosphere of Ar/N2 (90/10) gas mixture from a binary target composed of chromium (99.95%) and aluminum (99.99%). Different powers (40, 50, 60, and 70 W) were applied to the target, in order to study the effect of this parameter and the sputtering yield of binary target, on the microstructure and the electrochemical properties of the Al-Cr-N coatings. The corrosion behavior in 3.5 wt. (%) NaCl solution was investigated by electrochemical corrosion tests (Tafel polarization curves and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)), and the chemical composition, microstructure and the absorption bands by means of Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), X-ray diffractometry (XRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), respectively. EIS results showed that the Al-Cr-N coating deposited at 40 W, exhibited the lower porosity and the highest polarization resistance, and subsequently, when the power applied to the binary target increased, the corrosion rate and the porosity increase.

Los ferrofluidos son sistemas coloidales compuestos de nanopartículas magnéticas con mono-dominios magnéticos, dispersas en un líquido portador. En el presente trabajo, nanopartículas magnéticas de ferrita (Fe3O4) se sintetizaron por el método de co-precipitación química, y se recubrieron con ácido oleico como agente surfactante. Las propiedades magnéticas de las nanopartículas en el ferrofluido fueron investigadas por medio de un magnetómetro de muestra vibrante (VSM) a temperatura ambiente, mostrando un comportamiento superparamagnético, característico de estas nanopartículas magnéticas. Esto se determinó a partir de la curva de histéresis de M vs H. La muestra en polvo se caracterizó por medio de Difracción de Rayos X. El patrón DRX resultante muestra la presencia del pico más intenso correspondiente a la orientación cristalográfica (311) de la fase espinel para las nanopartículas magnéticas de Fe3O4. El tamaño medio de las nanopartículas se determinó a partir del patrón de difracción de rayos X utilizando la aproximación de Scherrer, siendo este tamaño medio de 9,64 nm. La microscopía de fuerza atómica, se utilizó para visualizar la morfología de las nanopartículas y para determinar su diámetro. Las medidas de AFM muestran un diámetro promedio para las nanopartículas de D N = 15,3 nm La espectroscopia de absorción FTIR se utilizó para confirmar la formación de los enlaces Fe-O, permitiendo identificar la estructura tipo espinela de la ferrita, así como la presencia de otras sustancias químicas adsorbidas en la superficie de las partículas.

Ferrofluids are colloidal systems composed of single domain of magnetic nanoparticles dispersed in a liquid carrier. In the present work, Fe3O4 magnetic ferrite nanoparticles were synthesized by chemical coprecipitation method, and were coated with oleic acid as surfactant agent. Magnetic properties of nanoparticles in ferrofluids were investigated with the aid of a vibrating sample magnetometer (VSM) at room temperature. Superparamagnetic behavior, characteristic of magnetic nanoparticles, was determined from the hysteresis loop of M vs. H measurements. The sample as powder was characterized by means of X-ray diffraction. XRD pattern result shows the presence of the most intense peak corresponds to the (311) crystallographic orientation of the spinel phase of Fe3O4 magnetic nanoparticles. The mean size of the nanoparticles was determined from the X-ray diffraction pattern by using the Scherrer approximation. The particle size was calculated to be 9.64 nm. Atomic Force Microscopy was used to visualize the morphology of nanoparticles and to measure their diameter. The AFM method showed an average nanoparticles diameter of D N = 15.3 nm. FTIR absorption spectroscopy was used to confirm the formation of Fe-O bonds, allowing to identify the inverse ferrites spinel structure, as well as, the presence of other chemical substances adsorbed on the surface of particles.

Se depositaron películas de Cr/CrN sobre sustratos de silicio [100] y acero RUS-3 mediante la técnica de pulverización catódica d.c. reactiva asistida por campo magnético, usando un blanco de Cr (99.95%). Con el fin de estudiar el efecto del contenido de nitrógeno de la mezcla de gases Ar/N2 sobre las propiedades tribológicas del acero recubierto con el sistema Cr/CrN, se utilizaron varias concentraciones de nitrógeno (10, 20, y 40%) durante el proceso de depósito de las películas. El patrón de difracción de rayos X de las películas de Cr/CrN obtenidas, exhibe las reflexiones de los planos [111], [200] y [220] correspondientes a la fase cúbica del CrN, como también el [200] y [112] correspondientes a la fase hexagonal del ß-Cr2N. De otro lado, los análisis de FTIR mostraron la presencia de modos activos entre 350 cm-1 y 600 cm-1 con una banda ancha centrada en 520 cm-1 asociada a los enlaces Cr-N del nitruro de cromo. La morfología de las películas fue evaluada por AFM . Las propiedades tribológicas fueron estudiadas por el ensayo de pin-on-disc encontrando una relación directa entre la disminución de los valores de coeficiente de fricción en un 25% como función de la disminución del contenido de N2 en la mezcla de gases. Las huellas de desgaste se estudiaron mediante microscopia óptica y perfilometría, el área de contacto en las bolas fue estudiada por microscopia electrónica de barrido, SEM y la adherencia de las películas de Cr/CrN usando la técnica de rayado.

Cr/CrN films were deposited onto silicon [100] and RUS-3 steel substrates by d.c reactive cathodic sputtering magnetic field assisted technique, using a chromium target (99.95 %). In order to study the effect of the nitrogen content in the gas Ar/N2 mixture on the tribological properties of the steel coated with Cr/CrN bilayer system, various nitrogen concentrations (10, 20, and 40%) were used. XRD patterns of Cr/CrN films exhibited the [111] [200] and [220] reflection planes related to the Cr2N cubic phase, as well as a reflection [200] related to the ß-Cr2N hexagonal phase. On the other hand, FTIR analysis showed the presence of active modes between 350 cm-1 and 600 cm-1 centered at 520 cm-1, corresponding to the Cr-N chromium nitride bonds, the morphology of the films was evaluated by atomic force microscopy. The tribological properties of Cr/CrN films were studied by pin-on-disc test, finding a direct relation between the decrease of friction coefficient values by 25%, as function of the decrease in N2 content in the gas mixture. The wear tracks were studied by optical microscopy and profilometry, the contact area in the balls was studied by scanning electron microscopy and the adherence of Cr/CrN films by scratch test.

Películas delgadas de nitruro de boro cúbico (c-BN) fueron depositadas mediante la técnica del d. c. y r. f. (13,56 MHz) magnetron sputtering multi-blanco, utilizando un blanco de nitruro de boro hexagonal (h-BN) con una pureza de 99,9% y una mezcla de gas Ar (95%) y N2 (5%). Los recubrimientos se depositaron a una temperaturas de 300 y 900 °C y a densidades de potencia de 7 y 24 W/cm². Con el propósito de obtener la mayor fracción posible de fase cúbica del BN, se aplicó un Bias d. c. entre 0-250 V, así como también un bias r. f. entre 0-350 V durante la fase de crecimiento del recubrimiento. La microestrutura, composición, morfología, topografía y espesor de las películas se caracterizaron mediante espectroscopia en el infrarrojo por transformadas de Fourier (FTIR) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Las películas de c-BN depositadas a 300 °C, a una presión de 4 x 10-³ mbar y un bias r. f. del substrato de -150 V durante el periodo de crecimiento por un tiempo 35 min, presentaron la mayor fracción de fase cúbica de aproximadamente 85%.

Thin films of cubic Boron Nitride (c-BN) were deposited by d. c. and r. f. (13,56 MHz) multi-target magnetron sputtering from high-purity (99,99 %) hexagonal boron nitride (h-BN) target, in an Ar (95%)-N2 (5%) gas mixture. Films were deposited at 300 and 900 ºC, with power density of 7 and 24 W/cm². In order to obtain the highest fraction of the c-BN phase, a d. c. substrate bias voltage between 0 and -250 V, as well as an r. f. substrate bias voltage between 0 V and 350 V were applied during the film growth. Characterization of the microstructure, composition, morphology, topography and thickness of the films was carried out by Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atom Force Microscopy (AFM). It was found that BN films deposited at 300 ºC, at a pressure of 4 x 10-³ mbar and under -150 V of r. f. bias, applied for 35 min, presented the highest c-BN fraction, close to 85%.