Composición florística y diversidad de un área restaurada post-minería en el matorral espinoso tamaulipeco

Las estrategias de restauración tienen como objetivo favorecer la recuperación de los ecosistemas alterados, para lograr el restablecimiento de su estructura y funcionamiento naturales. La presente investigación evaluó la abundancia, dominancia, frecuencia y diversidad de especies, de áreas de matorral espinoso tamaulipeco sometidas durante 7 años (2006-2013) a procesos de aprovechamiento a cielo abierto de material calizo, y restauradas bajo tres tratamientos: 1) deposición material rocoso y edáfico, y 2) sin intervención. El éxito de las intervenciones de restauración se evaluó mediante la comparación de la estructura de la comunidad vegetal de los sitios tratados, respecto a los de una comunidad de referencia de matorral espinoso tamaulipeco maduro. Se establecieron 12 sitios de muestreo de 100 m2 (10 x 10 m) en cada uno de éstos tratamientos, así como en la comunidad de referencia en lo que se registraron los atributos ecológicos de las comunidades vegetales establecidas. En el área sin restaurar no se registró regeneración de la comunidad vegetal. La variable riqueza específica (S), índice de Margalef (DMG) e índice de Shannon (H´) mostraron diferencias significativas (Valores medios S 4.75 y 8.25, DMG 0.87 y 1.80, H´ 0.7 y 1.54, respectivamente), entre el área restaurada y el área referencia las variables de densidad, área de copa e índice de Pretzsch (A) fueron similares. Se concluyen que la técnica de restauración activa, consiste en el depósito de material rocoso y edáfico en el área, su exclusión de actividades productivas generan condiciones favorables para que la comunidad vegetal del matorral espinoso tamaulipeco se establezca teniendo similitud en la densidad y área de copa a un área de referencia en siete años.

Desarrollo de Cu₃SbSe₄ en película delgada con potencial aplicación en celdas solares

Propósito y Método de Estudio: Debido al incremento de la contaminación ambiental y el agotamiento de combustibles fósiles, generados a partir de la producción de energía eléctrica, se han investigado fuentes de energía alterna, tal como la energía solar, que sean amigables con el medio ambiente y ofrezcan un enorme potencial para satisfacer las futuras demandas energéticas. Actualmente, existe una búsqueda constante de nuevos materiales semiconductores que puedan ser utilizados dentro de una celda solar, a partir de métodos prácticos y que no afecten al ambiente. Por lo tanto, en el presente trabajo se investigó el desarrollo de películas delgadas de Cu3SbSe4 por medio de la técnica de depósito por baño químico (CBD) para su potencial aplicación en celdas solares. Contribuciones y Conclusiones: En este trabajo se obtuvieron películas delgadas conformadas por la fase ternaria Cu3SbSe4 y fases secundarias Cu3SbS4 y selenio elemental a partir de la técnica de depósito por baño químico. Se evaluaron las propiedades ópticas y eléctricas de las películas delgadas obtenidas, las cuales exhibieron valores de Eg de 1.63, 1.57, 1.62 eV y conductividades de 3.92, 7.20, 3.25 (Ω•cm)-1, respectivamente. Además, se determinó su tipo de conductividad, el cual resultó en un semiconductor tipo p. Esto indicó que el material tiene perspectiva de aplicación en celdas solares.

Síntesis y caracterización de materiales nanoestructurados con potencial aplicación como un sensor de glucosa

El presente proyecto se llevó a cabo con el fin de contribuir al desarrollo de nuevos materiales para ser implementados en dispositivos para el sensado de glucosa no ezimaticos, en este trabajo se realizaron diversos estudios sobre desarrollo de nanofibras de carbón decoradas con nanoestructuras de ZnO y CuO, en el que según reportes realizados por diversos investigadores tanto el ZnO como el CuO han presentado excelentes resultados para ser implementados en sensores de glucosa no enzimáticos gracias a las propiedades físicas y químicas que estos presentan, además que las nanofibras presentan alta porosidad, buena conducción y pueden funcionalizarse fácilmente por lo que es ampliamente utilizada como sustrato para depósito de nanoestructuras de semiconductores. Las nanofibras de carbón fueron obtenidas mediante la técnica de electrohilado utilizando como materia prima poliacrilonitrilo y posteriormente fueron sometidas a una calcinación en una atmosfera inerte. Las nanofibras de carbón fueron pre-tratadas para el depósito y crecimiento de las nanoestructuras de ZnO y CuO en donde se utilizó síntesis por hidrotermal para crecimiento de los semiconductores. La caracterización morfológica y estructural se lleco a cabo por Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Microcopia Electrónica de Transmisión (TEM), la composición química y cristalográfica de los materiales se determinó por medios de Espectroscopia de Infrarrojo de Transformada de Furier (FTIR), Espectroscopia de Energía Dispersiva de rayos X (EDXS), Difracción de Rayos X (DRX), así mismo se llevó a cabo el Análisis Térmico Diferencial y Análisis Térmico Gravimétrico simultáneamente, finalmente los materiales fueron caracterizados electroquímicamente por Voltamperometría Cíclica (CV) para conocer si este material podría tener potencial aplicación en sensores de glucosa no enzimático. Contribuciones y Conclusiones: Se establecieron las óptimas condiciones para obtención de las NFCs utilizando PAN como precursor mediante la técnica de electrohilado, además se consiguió determinar las condiciones para una carbonización controlada en una atmosfera de airenitrógeno. Así mismo se determinaron las condiciones óptimas para la producción de nanoestructuras de ZnO/CuO mediante el sembrado y crecimiento de nanopartículas sobre las NFCs. La diversidad en la morfología y la cantidad de material en la superficie de las nanofibras son de gran importancia en la eficiencia del material ya que ésta se ve perjudicada cuando se tiene pobres cantidades depositadas. Por otro lado, el ZnO no presenta sensibilidad por sí sólo, ante la presencia de la glucosa, del mismo modo el CuO presentó la misma incapacidad de detección. El uso de CuO como catalizador en el ZnO ha demostrado que el electrodo modificado de NFCs/ZnO-CuO presenta propiedades para oxidar la glucosa, en comparación a los de NFCs/ZnO y NFCs/CuO los cueles no presentaron ninguna actividad de oxidación para esta. Lo que permitió tener una idea que al depositar estos dos materiales depositados en el mismo sustrato, la eficiencia de éstos incrementa, lo cual podría contribuir a investigaciones futuras para estos materiales.

Preparación y caracterización de películas delgadas de Cu3BiS3 con potencial aplicación en celdas solares

Propósito y Método de Estudio: El despliegue a gran escala de la energía fotovoltaica se está convirtiendo cada vez en un aspecto más importante. Las tecnologías actuales que utilizan elementos raros como el indio y el galio es improbable que sean capaces de satisfacer la creciente demanda de celdas solares de película delgada. Las películas de Cu3BiS3 formadas por depósito por baño químico exhiben alta absorbancia óptica en la región visible y una conductividad de tipo “p”. Contribuciones y Conclusiones: Se depositaron películas delgadas de Cu3BiS3 sobre sustratos de vidrio por el método de CBD aplicando tratamiento térmico durante 1.5 h a vacío a capas de Bi2S3-CuS. Los espesores logrados fueron desde 170 nm hasta 450 nm. El análisis por difracción de rayos X confirmó la formación del material Cu3BiS3. Las películas con espesor de 170 nm presentan bajos %T y %R, estos porcentajes disminuyen al aumentar el espesor de la película a 450 nm. Se obtuvieron valores de Eg = 1.65 y 1.0 eV para las películas de 170 y 450 nm, respectivamente. Así mismo fue calculada la conductividad del material obteniendo valores de 2.58 y 1.01 (Ω-cm)-1. Se logró la incorporación del material Cu3BiS3 en estructuras de celdas solares obteniendo adherencia sobre las capas anteriores. Las celdas solares desarrolladas presentaron valores de Jsc= 0.26 y 0.02 (mA/cm2) y V = 130 y 1.45 mV para las películas de 170 y 450 nm respectivamente.

Problema del agente viajero selectivo con restricciones adicionales

En esta tesis se introduce una variante del Problema del Agente Viajero Selectivo, también conocido en la literatura como Orienteering Problem (OP). En el OP se tiene un conjunto de clientes potenciales, a cada uno de los cuales se le asocia una puntuación o beneficio que recibe el agente al visitarlo, el objetivo es el de diseñar una ruta que comience y termine en el depósito y que maximice el puntaje colectado, tomando en cuenta que existe un límite máximo en la duración de la ruta. En este trabajo se consideran restricciones de conflictos entre clientes, es decir, si dos de ellos tienen conflicto, no pueden ser incluidos ambos en la ruta; por otra parte, existe un subconjunto de clientes que deben ser visitados de manera obligatoria. Se proponen dos modelos matemáticos del problema, cuya diferencia principal es la manera en que aborda la eliminación de ciclos. El primer modelo usa restricciones de tipo secuencial inspiradas en las propuestas por Miller et al. (1960) y el segundo utiliza restricciones basadas en flujo de múltiples productos y se basan en las restricciones propuestas por Wong (1980) y Claus (1984). Asimismo, se proponen dos algoritmos para la solución del problema planteado, el primero es de tipo heurístico y está basado en un esquema GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) reactivo, cuya fase de mejora es un método tipo VNS (Variable Neighborhood Search) general, el segundo es una estrategia de descomposición basada en generación de columnas. El desempeño de los algoritmos propuestos es evaluado a través de experimentos computacionales sobre un gran conjunto de instancias y los resultados obtenidos son comparados contra las soluciones ´optimas obtenidas al resolver los modelos matemáticos haciendo uso del solver Cplex 12.6.

Implicaciones geodinámicas del complejo metamórfico paleozoico de la Sierra Madre Oriental en el Noreste de México

Dataciones geocronológicas U-Pb en circones detríticos, edades 40Ar/ 39Ar en mica blanca, análisis estructurales, texturales, la composición química de elementos mayores, traza y tierras raras (REE) así como la composición química mineral de las rocas metamáficas, metultramáficas y metasedimentarias, fueron determinadas con el fin de determinar las condiciones metamórficas, el ambiente tectónico y la procedencia del Esquisto Granjeno en el noreste de México (Nuevo León y Tamaulipas). En el país existen rocas metamórficas paleozoicas que están relacionados con los procesos que dieron lugar a la colisión entre Laurentia y Gondwana durante la formación Pangea. Vestigios de la configuración continental paleozoica de México se encuentran en el Esquisto Granjeno, que forma parte del basamento metamórfico de la Sierra Madre Oriental. Relaciones de campo y análisis petrográficos indican que el Esquisto Granjeno consiste de rocas metamórficas con protolitos sedimentarios (psamita, pelita, turbidita, conglomerado, lutita negra) e ígneos (toba, flujos de lava, lava meta-almohadillada y cuerpos ultramáficos). El geotermómetro de clorita, el geobarómetro de fengita y la edad 40Ar/ 39Ar calculada indican que el Esquisto Granjeno fue afectado por metamorfismo en facies de sub-esquistos verdes a facies de esquistos verdes-anfibolita, (165-410°C y 2.5-4 kbar ) durante el Carbonífero (330±30 Ma). Las rocas metamáficas del Esquisto Granjeno tienen una afinidad sub-alcalina a alcalina y se caracterizan por un bajo contenido de SiO2 (40-50 wt%), alto contenido de Al2O3 (19 wt%) y #MgO de 48-67. La abundancia de tierras raras (∑REE) varía de 51-167 ppm. Estas rocas presentan patrones de REE normalizados a condrita moderadamente fraccionados, con valores de LaN/YbN 0.74-8.88. La anomalía de europio es variable (Eu/Eu* 0.80- 1.09) y presenta una tendencia ligeramente negativa (Eu/Eu* 0.96). Las rocas metamáficas tienen composiciones correspondientes a basaltos de cresta (MORB) e isla oceánica (OIB), de acuerdo a los valores en las relaciones Zr/Y=6-8 y Zr/Nb=4-9 para OIB y 0.9-3; 14-53 para MORB. Los protolitos de la serpentinita y el metacumulato corresponden a dunita y harzburgita. La serpentina y el metacumulato tienen un contenido de MgO (16-39 wt%), SiO2 (36-45 wt%), FeO (2-11 wt%), Al2O3 (0.76-13 wt%), CaO (< 22wt%) y #MgO (85-98, 69). Las rocas de talco presentan contenido de MgO (26-33wt%), SiO2 (31- 61wt%), FeO (3.7-9.8wt%), Al2O3 (1.2-19wt%), CaO (0.25-2.0wt%), y #Mg (83-93). Los patrones de tierras raras casi horizontals (LaN/YbN=0.51-19.95 y la relación LaN/SmN=0.72-9.08 sugieren un origen vinculado a un ambiente de dorsal oceánica y de suprasubducción para las rocas ultramáficas. Las serpentinitas contienen cromita rica en Al, ferrit-cromita y magnetita. La cromita rica en Al tiene #Cr 0.48-0.55 que indica que este mineral fue formado a partir de una fuente tipo MORB y que fue afectada hasta un 18% fusión parcial durante su formación. La ferritchromita tiene #Cr 0.93-1.00 que indica un origen metamórfico. La composición química de roca total indica que los protolitos de las rocas metasedimentarias consisten de lutita, grauvaca y arenita. La metapelita y metapsamita tienen un contenido de SiO2 (69-78% y 80-96% ) y de Al2O3 (9-13% y 1-8%). La abundancia de ∑REE son variables en los metasedimentos (9-178 ppm). Presentan patrones de REE normalizados a condrita con una tendencia más fraccionada que los de las rocas metamáficas, con valores en las relaciones LaN/YbN de 3-16. Las rocas metasedimentarias tienen anomalías de europio negativa (Eu/Eu* 0.67). Los datos obtenidos sugieren que los protolitos de las rocas metasedimentarias derivan de fuentes mixtas con una composición ígnea félsica-básica. (Ti/Nb 200-400). Según los valores de las relaciones de los elementos traza Th/Sc y Zr/Sc de 0.2-3.6 y 0.2-220, respectivamente se sugiere un ambiente de depósito para los protolitos de margen continental activo.

Fabricación y caracterización de películas delgadas de óxidos transparentes con aplicaciones ópticas.

Los óxidos transparentes conductores (TCO′ s) son materiales compuestos conformados por oxígeno y un metal, que presentan una combinación única de alta estabilidad química, alta concentración electrónica y alta transparencia óptica. Por esta razón, el procesamiento de TCO′ s en película delgada va orientado hacia aplicaciones específicas tales como ventanas ópticas en celdas solares, sensores de gases, electrodos en dispositivos de pantallas planas, ventanas inteligentes. En este proyecto se trabajó en la síntesis experimental de dos TCO′ s relevantes tanto en investigación fundamental como en aplicaciones tecnológicas: el óxido de indio (In2O3) y el óxido de estaño (SnO2). Ambos TCO′ s se depositaron por la técnica de erosión iónica reactiva por corriente directa (DC). Para el análisis de las películas se utilizaron varias técnicas de caracterización: difracción de rayos X, espectroscopia UV-Visible, resistividad eléctrica, efecto Hall, así como microscopías electrónica de barrido y de fuerza atómica. Se fabricó también una bicapa de In2O3/SnO2, la cual se caracterizó además con espectroscopia de fotoemisión de rayos X (XPS).En esta tesis se reporta por primera vez la síntesis y caracterización de esta bicapa, la cual abre una línea de investigación en el área de interfaces. Asimismo, se desarrolló e implementó un procedimiento, basado en los modelos ópticos, tal que permite obtener parámetros que se utilizan para evaluar a cualquier película delgada TCO como potencial metamaterial. Las propiedades de las muestras se analizaron en función de la temperatura aplicada post-depósito: temperatura ambiente (TA), 100oC, 200oC, 300oC, bajo una atmósfera de argón o argón-oxígeno. Los resultados confirman que las películas presentan un crecimiento de tipo poli cristalino. Además, la calidad cristalina tiende a incrementarse como función del incremento de la temperatura. El In2O3 creció con estructura cúbica bcc (a=10.11 ˚A, ICDD #71-2195). A partir de 200C, se detectaron trazas de la fase romboédrica (a=5.490 ˚A, c=14.520 ˚A, ICDD #73-1809). Asimismo, el SnO2 creció con estructura tetragonal (a = 4.737 ˚A, c = 3.186 ˚A, ICDD #88-0287). Las películas de In2O3 poseen una transparencia promedio del 90 % en una ventana de 500 nm a 1100 nm. El borde de absorción se recorre al azul como función de la temperatura, de Eg=3.3 eV a Eg=3.7 eV por el efecto Burstein-Moss. Por otra parte, la bicapa presentó una interfaz claramente definida, sin difusión de especies metálicas. Al incrementarse la temperatura, de TA a 400oC, se detectaron dos fases de óxido de estaño: SnO2 y SnO, en un porcentaje atómico de ≈70 %:30 %, respectivamente. Se concluye que los parámetros y valores obtenidos de las películas como son el texturizado y espesor homogéneo, alta transparencia, crecimiento preferencial, ancho prohibido y resistividad eléctrica, son comparables a los que se requieren del In2O3 y SnO2 en película delgada para aplicaciones optoelectrónicas.

Síntesis y caracterización de películas delgadas del sistema CuₓSnᵧSz

Recientemente, debido al alto consumo energético, la investigación de nuevos materiales semiconductores de bajo costo y no tóxicos para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos ha sido de gran interés. En el presente proyecto se sintetizaron y caracterizaron películas delgadas de Cu2SnS3 y Cu4SnS4, obtenidas mediante la combinación de las técnicas de depósito por baño químico y evaporación térmica. Se obtuvieron películas delgadas de SnS de estructura ortorrómbica de 350 nm de espesor mediante baño químico como películas precursoras. Se depositaron capas de Cu (30, 50, 75 y 150nm) mediante evaporación térmica. Calentando las muestras de SnS con capas de Cu evaporado en presencia de azufre elemental (sulfurización) a 400 oC (10 oC/min) se promovió la formación de las fases ternarias Cu2SnS3 y Cu4SnS4. Los resultados de difracción de rayos-X indicaron que para el caso de las muestras con poca cantidad de Cu (30 nm), la fase binaria secundaria (SnS2) se forma junto con la fase ternaria Cu2SnS3-cúbica. Con 75nm de Cu (400 oC) solamente la fase ternaria Cu2SnS3-tetragonal está presente, y con 150 nm de Cu (400 ̊C) la fase secundaria se forma (Cu7S5). Al incrementar la temperatura de sulfurización a 450 ̊C para la condición de 150 nm de Cu, se obtiene la formación de la fase ternaria Cu4SnS4-ortorrómbica. Las propiedades ópticas para la fase Cu2SnS3-tetragonal con un espesor de 480 nm indicaron que esta presenta una transición óptica directa con brecha de energía en el rango 0.96 eV. La fase Cu4SnS4-ortorrómbica con un espesor de 760 nm, presentó una transición óptica indirecta con una brecha de energía alrededor de 0.5 eV. Además, ambas fases presentaron coeficientes de absorción óptica superiores a 104 cm-1 en el rango visible (1.6 - 3.3 eV). Las muestras no presentaron fotorrespuesta. La fase Cu2SnS3-tetragonal, mostró una conductividad eléctrica a temperatura ambiente de 17 Ω-1 cm-1 (tipo-p), con una movilidad de huecos de 3.62 cm2/V s y una concentración de huecos de 1019 cm-3, mientras que para la fase Cu4SnS4-ortorrómbico, la conductividad fue de 11 Ω-1 cm-1 (tipo-p), con una movilidad y concentración de huecos de 3.75 cm2/V s y 1019 cm-3, respectivamente.