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.

Elaboración de nanopartículas metálicas y bimetálicas mediante desbastado iónico

La elaboración de nanopartículas de diferentes tipos ha capturado el interés de científicos, ya que éstas presentan distintas propiedades físicas, químicas y mecánicas que las de tamaño macroscópico.

Estudio experimental de desarrollo de gel de extracto de propóleo como coadyuvante en el control de dolor y el proceso de cicatrización post extracción dental.

El reemplazo de terapéutica de tipo alópata por agentes naturales resulta una alternativa para pacientes con compromiso sistémico o síndrome de polifarmacia. El propóleo constituye una opción debido a sus propiedades antimicrobianas, analgésica y antiinflamatorias. Debido a las características bioquímicas de la mucosa oral es necesario emplear un vehículo para su colocación y aprovechar las propiedades del propóleo. En este estudio se propone la utilización de un gel a base de carbopol 934, trietanolamina y glicerina como vehículo. MATERIALES Y MÉTODOS. Se elaboró el gel base mediante la fusión de 100 ml de agua desmineralizada, glicerina 3.5 g y 1 g de carbopol 934 P. Pasadas 24 horas se incorporó trietanolamina 50% 0.8 g hasta lograr un pH 7. En una proporción 1:1 se adiciona lentamente el extracto de propóleo 65% al gel base. RESULTADOS. Al evaluar la consistencia del producto se oservó una mezcla homogénea, sin embargo al dejarlo en reposo se observó tres horas después un decaimiento en la viscosidad del mismo. CONCLUSIONES. Es necesario reevaluar los componentes del gel base con el fin de lograr una mucoadhesión deseada así como mejorar las propiedades físicas del mismo.

Análisis de variaciones geométricas en el desempeño termohidráulico de evaporadores domésticos con crecimiento de escarcha

El uso eficiente de la energía es uno de los temas principales en años recientes. En el país, el consumo de electricidad en el sector doméstico representa el 25.4%, y de este el 29% es debida al uso de refrigeradores. Un intercambiador de calor tipo tubo y aleta operando como evaporador a temperaturas por debajo del punto de congelación del agua origina la formación de escarcha por el lado donde circula aire húmedo. La formación de escarcha ocurre por la deposición de pequeños fragmentos de hielo sobre la superficie fría, resultado del cambio de fase de vapor a sólido. La escarcha se deposita tanto en el área externa del tubo como en la de las aletas que lo rodean, obstruyendo el paso del aire e interviniendo en el rendimiento térmico del equipo. En este estudio se hace un análisis de variaciones geométricas de los evaporadores utilizados en refrigeradores domésticos, y se buscan configuraciones que permitan la operación del ciclo por más tiempo antes de la etapa de deshielo. En este estudio, se determina la distribución de flujo de aire en intercambiadores de calor tipo tubo y aleta con áreas de flujo variable. Se calculan las propiedades físicas y grosor de escarcha bajo condiciones de operación locales en cada uno de los segmentos en que se divide el evaporador. Se analiza el tiempo de operación en el cual el área libre de flujo entre aletas se reduce un porcentaje del área inicial tal que, la operación del equipo se ve comprometido. Se evalúa la disminución de la transferencia de calor y el aumento de la caída de presión en un evaporador tipo tubo y aleta continua a medida que crece la escarcha. Se identificaron las configuraciones que permitan un mayor tiempo de operación entre ciclos de deshielo mediante simulaciones termohidráulicas que muestran la relación de bloqueo de cada canal.

Pigmentos tipo ftalocianinas no sustituidas: obtención y propiedades

Se describe una clase de compuestos de coordinación que han sido de gran importancia industrial y académica durante casi un siglo: la ftalocianina no sustituida y sus complejos metálicos. Se describen sus propiedades químicas y físicas y se presentan las técnicas de sintetización comunes para su obtención.

Influencia de la inserción de nano-óxidos cerámicos sobre la microestructura y propiedades de una porcelana triaxial.

La nanociencia y nanotecnología han revolucionado las investigaciones en ciencia de los materiales, permitiendo el desarrollo de nuevos productos con desempeño superior a los convencionales. Conceptos nanotecnológicos como la adición de partículas en tamaños nanométricos para incrementar las propiedades finales han sido demostrados en cerámicos, sin embargo esta alternativa prácticamente no ha sido investigada en sistemas porcelánicos, específicamente en porcelanas triaxiales con aplicaciones eléctricas. Este trabajo de investigación presenta el desarrollo de una formulación de porcelana triaxial silicosa, de grado eléctrico, con características mecánicas y dieléctricas mejoradas mediante la incorporación de nanopartículas cerámicas. Se estudió la influencia de la adición de dos tipos de óxidos cerámicos en tamaño nanométrico, α- alúmina (α-Al2O3) y circonia (ZrO2), en las propiedades y microestructura de la porcelana triaxial, al variar la concentración de las nanopartículas en la composición inicial. En la primera parte de la experimentación, se elaboraron probetas experimentales siguiendo un proceso a nivel laboratorio haciendo uso de un conformado por presión uniaxial. Posteriormente, se elaboraron pastas porcelánicas a nivel planta-prototipo mediante un proceso de conformado por extrusión plástica. Las probetas sinterizadas fueron caracterizadas mediante evaluaciones físicas tales como densidad, porosidad, absorción de humedad y contracción lineal; así mismo se llevaron a cabo análisis microestructurales y de fases a través de las técnicas de DR-X, MEB y DSC-TGA. Por último, se realizaron evaluaciones mecánicas por medio de ensayos de resistencia a la compresión y módulo de ruptura (por tres puntos), así como la evaluación de la capacidad aislante con pruebas de resistencia dieléctrica. Los resultados obtenidos demuestran que la inserción de nanopartículas de alúmina y circonia, ayudan en el reforzamiento mecánico del sistema porcelánico triaxial estudiado, además de mejorar sus características dieléctricas, lo que representa una alternativa tecnológicamente factible para mejorar el desempeño de productos de porcelana, como es el caso de aisladores eléctricos

Modificación de las propiedades de matrices cementantes mediante la adición de nanopartículas de sílice

En la presente investigación, se evaluó el efecto de adicionar nanopartículas de sílice a dos matrices cementes buscando establecer su influencia en las propiedades finales de dichos materiales. Para llevar a cabo esta evaluación, se adicionaron las nanopartículas en dosificaciones desde 0.30% - 5.0% en peso, con la finalidad de determinar la dosificación a la cual se obtienen los mejores resultados. Una de las conclusiones obtenidas de la presente investigación señala que al utilizar este tipo de materiales, el mayor reto a superar, es la correcta dispersión de las nanopartículas en las matrices cementantes, ya que de no asegurar dicha dispersión y debido a la alta energía superficial que poseen las nanopartículas, se presenta una tendencia natural a aglomerarse conformando así materiales de tamaños muy superiores a los que presentan en su estado original, perdiendo así la ventaja de su uso. Para prevenir este efecto y como resultado de la primera etapa de esta investigación, se propuso un método de mezclado en el cual se utilizó como dispersante un aditivo superplastificante (en adelante llamado SP) de base policarboxilato de calcio en dosificaciones de 0.5% en peso que se adicionó a ambas matrices cementantes. Los resultados obtenidos sugieren que algunas propiedades tales como la resistencia mecánica a la compresión, la resistencia a la flexión y sobre todo, la resistencia al ataque químico por sulfatos, se ven mejoradas mediante la adición de nanopartículas de sílice. Dicha mejoría se observó tanto en la matriz de cemento Portland como en la matriz de cemento sulfoaluminoso. Los resultados finales de la investigación mostraron que la resistencia mecánica a la compresión para un cemento Portland ordinario se mejoró hasta en un 40% a edad de 24 h cuando se adicionaron las nanopartículas en porcentaje de 0.50% en peso, sin embargo, los resultados al resto de las edades no presentaron mejoría. Para la matriz de cemento sulfoaluminoso (en adelante CSA), los mejores resultados se obtuvieron también con la dosificación de 0.50% en peso con relación al cemento, sin embargo, la mejoría no fue de la misma magnitud a la obtenida con la matriz de cemento Portland. Por otro lado, la resistencia al ataque químico por sulfatos presentó una mejoría de hasta un 80% para la matriz de cemento sulfoaluminoso cuando se adicionaron las nanopartículas de sílice. Este resultado sugiere que la matriz con nanopartículas presenta una mayor densificación propiciando por ende, un menor grado de porosidad.

Propiedades y características de una aleación de colada de aluminio

Se diseñó una serie de experimentos para estudiar la variación de las propiedades mecánicas en una aleación Al-Si-Cu, tipo A319, en base a variaciones en composición química, cinética de solidificación y tratamiento térmico.

Propiedades de pastas de cementos modificados con residuos industriales

Pastas fueron elaboradas reemplazando cemento portland ordinario por caliza de bagazo de agave, ceniza volante, nano-SiO2 geotérmica y humo de sílice. Las pastas fueron curadas a 20ºC y 100% de humedad hasta 28 días. Se les evaluó la resistencia a la compresión, resistencia a la penetración de iones cloruro, porosidad y microestructura. Tras la evaluación, los resultados revelaron que las pastas reemplazadas mostraron una matriz más compacta y menos porosa, valores de resistencia a la compresión de hasta un 45% más, valores de paso de carga de hasta 57% menos, en comparación con las pastas de referencia.

Síntesis, caracterización, propiedades eléctricas y electroquímicas de Na₃V₂-xAlx(PO₄)2F₃ (x=0,0.02, 0.05, 0.1) como cátodos para su aplicación en baterías de ion-litio

Propósito y Método del Estudio: La demanda de baterías recargables ha aumentado de manera significativa cada año durante la última década impulsada por las necesidades vinculadas con el desarrollo tecnológico (portabilidad, alto desempeño de dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos). La batería ión-litio es el dispositivo de mayor consumo, está diseñado para el almacenamiento y conversión de energía eléctrica basado en electrodos de intercalación. En la actualidad los esfuerzos están dirigidos a la mejora y/o remplazo de los componentes actuales de las baterías: ánodo, cátodo (LiCoO2) y electrolito, por materiales que tengan más altos rendimientos en términos de energía, potencia, costo, confiabilidad, tiempo de vida y seguridad. En este trabajo de investigación se prepararon y caracterizaron cuatro compuestos Na3V2-xAlx(PO4)2F3 (x= 0, 0.02, 0.05, 0.1) como materiales catódicos para baterías ión-litio. Estos materiales se obtuvieron mediante el método Pechini. La caracterización morfológica y microestructural se llevó a cabo por Microscopia Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FESEM), el análisis textural por Fisisorción de N2 por la técnica BET; la composición química y cristalográfica se determinó por Espectroscopia de Emisión de Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-OES), Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X (EDXS) y Difracción de Rayos X (XRD), mientras que por Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) se realizó la caracterización eléctrica; por último la aplicación de los materiales como cátodos en baterías ión-litio se evaluó mediante pruebas Galvanostáticas de carga/descarga. Contribuciones y Conclusiones: Se establecieron las condiciones de síntesis para los materiales Na3V2-xAlx(PO4)2F3 x= 0, 0.02, 0.05 y 0.1 vía método Pechini. El dopaje de la fase Na3V2-xAlx(PO4)2F3 se llevó a cabo con éxito hasta x=0.1 moles de aluminio, dado que se conservó la estructura cristalina tetragonal del Na3V2(PO4)2F3 (JCPDS 01-089-8485). Los materiales obtenidos tienen una microestructura formada por partículas de forma granular de tamaño nanométrico (40-100nm), esto se atribuye al efecto del carbono residual en la muestra (en promedio 8% en peso) ya que inhibe el crecimiento de partícula, además que permite mejorar el contacto entre las partículas lo que beneficia a la conductividad electrónica del material. Los materiales obtenidos tienen en promedio un tamaño de poro de 20 nm, con un área superficial del orden 30 m2/g. La fase con 0.05 moles de aluminio presentó el mejor resultado bajo las condiciones de estudio. Conjuga dos de las características básicas de una batería, presenta una alta capacidad de carga/descarga (123/101 mAh/g a un voltaje de celda de 4.4 V vs Li) y una buena capacidad de retención (82%), en comparación al material sin dopar (128/63 mAh/g y 49% de retención). Por lo anterior, el dopaje de la fase Na3V2(PO4)2F3 con Al, logró la estabilización de la estructura frente a los procesos de ciclado. Por lo cual es un material prometedor para su aplicación como cátodos en baterías ión-litio o ión-sodio.

Desarrollo e implementación de modelo de predicción en procesos de temple por inducción para un acero AISI-SAE 1043

La fabricación de los componentes automotrices engloba una gran cantidad de procesos de manufactura los cuales van desde el proceso de fundición del acero, forjados, mecanizados y tratamientos térmicos, entre otros. Estos procesos se llevan a cabo con el objetivo de lograr que el componente a fabricar cumpla con lo especificado y tenga un buen desempeño en su funcionalidad. La gran mayoría de los componentes son fabricados a partir de aceros aleados, aceros al carbono de baja y media aleación los cuales son posteriormente tratados térmicamente para mejorar sus propiedades mecánicas. Uno de los tratamientos térmicos más utilizados es el temple superficial, el cual tiene como objetivo principal endurecer la superficie del componente para mejorar su resistencia a la flexión, resistencia al desgaste, resistencia al impacto, entre otras propiedades mecánicas. La inducción electromagnética, o simplemente "inducción", es un método de calentamiento de materiales eléctricamente conductores tales como metales. Como su nombre implica, el calentamiento por inducción se basa en las corrientes eléctricas que son inducidas internamente en el material a calentar, es decir, la pieza de trabajo. La experimentación realizada durante este trabajo de tesis fue dividida en 2 etapas: • Proceso de temple por inducción actual (Técnica de escaneo). • Proceso de temple por inducción propuesto (Técnica calentamiento estático). Durante la etapa de experimentación del proceso de temple por inducción actual se llevó a cabo la validación de los resultados de temperatura superficial mediante la toma de video de una cámara termografía realizando un comparativo con los resultados de la simulación de calentamiento. Posteriormente se realizó la simulación del proceso de temple y transformación de fase martensita con su respectiva validación mediante corte y evaluación metalúrgica de muestra, además de la comparación de resultados de durezas obtenidos durante el proceso de temple y los resultados obtenidos en la simulación. La segunda etapa del proceso de temple por inducción fue llevada a cabo con la colaboración del personal del laboratorio de aplicaciones de GH Induction. Durante esta etapa se realizaron 2 propuestas de diseño de bobinas y se realizaron las pruebas de simulación así como las validaciones físicas y metalúrgicas. Previo a las pruebas se realizaron cálculos teóricos para establecer los parámetros iniciales del proceso mediante las gráficas de Lozinski. Los resultados obtenidos durante las etapas de este proyecto fueron satisfactorios. En la primer etapa se logró simular en 2D el proceso actual de temple por inducción obteniendo una aproximación cercana al 90% en los resultados de temperaturas, transformación de fase y dureza. Este modelo y los resultados obtenidos fueron utilizados como parámetros de entrada para la segunda etapa. Durante la segunda etapa los resultados obtenidos durante las simulaciones mostraron que el diseño de bobinas 1 no sería efectivo al momento de calentar la zona del diámetro interno, por lo cual se descartó la fabricación de estas bobinas. La propuesta número 2, incluyó el uso de concentradores de flujo magnético, los cuales colaboran a dirigir el campo magnético en zonas específicas. Los resultados obtenidos durante la simulación 3D de la propuesta 2 fueron satisfactorios por lo cual se decidió fabricar las bobinas y llevar a cabo las pruebas físicas. Los resultados finales obtenidos de transformación de fase comparados con las pruebas físicas tiene una aproximación de 90%. En conclusión, fue posible el desarrollo de un modelo para la simulación del proceso de calentamiento por inducción para componentes automotrices con geometría compleja. Como contribución principal esta modelación validó el diseño de bobinas con las cuales se logró obtener una disminución en el tiempo ciclo del proceso del husillo de 36.4% y un ahorro en la energía consumida de 22.3% medida en la unidad de kWsegundo.