Estudio de la electrificación de partículas de hielo en colisiones múltiples

La electrificación de nubes de tormentas es un fenómeno íntimamente relacionado con los procesos microfísicos que ocurren dentro de ellas. Uno de los procesos que parece jugar un rol preponderante en la separación de carga eléctrica dentro de las nubes son las interacciones entre partículas de hielo. Estudios de laboratorio han mostrado que un granizo puede adquirir una carga eléctrica como consecuencia de colisiones con partículas de hielo más pequeñas. La magnitud y signo del cargado es función de parámetros tales como: la temperatura, la concentración y espectro de gotas de nube presente, la velocidad de impacto y el tamaño de las partículas interactuantes. Este proyecto está orientado hacia dos actividades fundamentales: por un lado, el desarrollo de nueva infraestructura experimental con el propósito de ampliar la gama de técnicas experimentales del Grupo de Física de la Atmósfera (GFA); y, por otro, la utilización de dicha infraestructura para obtener información acerca del cargado eléctrico de un granizo simulado durante interacciones con cristales de hielo en condiciones similares a las que ocurren dentro de las nubes. La infraestructura a desarrollar consiste esencialmente en una cámara de nube de temperatura controlable entre 0 y -30 ºC. Dentro de la cámara se ubicará un granizo simulado conectado a sensores sensibles de carga eléctrica, construidos especialmente para detectar el cargado del granizo como consecuencia de impactos con cristales de hielo presentes en las nubes. Mediante la utilización del dispositivo experimental se podrá seleccionar también la velocidad a la que impactarán los cristales de hielo. En definitiva, se estudiará el cargado eléctrico del granizo en función de los distintos parámetros antes mencionados, con el objetivo de aportar mayor información sobre los mecanismos de transferencias de carga en colisiones entre partículas de hielo y contribuir al conocimiento de los procesos de electrificación de nubes de tormenta.

Estudio fisicoquímico de superficies sólidas en medio acuoso: Aplicaciones electroanalíticas y electrocatalíticas

De acuerdo a los objetivos y al plan de trabajo presentados, las actividades a realizar en el período de tres años que comprende este proyecto pueden ser resumidas en dos líneas de trabajo principales. En primera medida, en lo que a estudios fisicoquímicos de sistemas coloidales se refiere, los trabajos se centralizarán en la caracterización de la estructura y propiedades reactivas de la interfaz óxido metálico-solución acuosa. Es de particular interés la caracterización de la superficie de estos materiales, la individualización de los sitios superficiales y el efecto que la reactividad posee en el desarrollo de cargas y potencial eléctrico a través de la interfaz, en la disolución y corrosión de los mismos, en la capacidad adsortiva de la superficie y en los fenómenos que controlan la estabilidad, floculación y agregación de partículas tanto en sistemas sintéticos como naturales (suelos). Así mismo, se realizarán estudios de mecanismos de precipitación, envejecimiento y disolución de diferentes óxidos metálicos con el objeto de predecir y controlar sus propiedades. Además de la utilización de diversas técnicas experimentales de caracterización de sólidos, interfaces y suspensiones, se plantea describir los fenómenos a través de modelos matemáticos con el objeto de lograr un mejor "manejo" de los diferentes sistemas. Por otra parte, se analizará el comportamiento de celdas para baterías con electrodos de Ni (OH)2 y plomo con el objeto de mejorar su rendimiento. Se estudiará además la influencia de los distintos parámetros experimentales, tales como electrolito, aditivos, etc. Finalmente, con respecto a los electrodos químicamente modificados, se continuará con el estudio de diversas condiciones experimentales para la obtención de sensores electroquímicos. Paralelamente se comenzará con el desarrollo de biosensores electroquímicos, así como con el estudio de las propiedades electroquímicas de los electrodos antes mencionados.

Transporte de carga y espín en sistemas mesoscópicos

Se busca profundizar en el entendimiento del transporte cuántico prediciendo y observando efectos de interferencias temporales (ecos mesoscópicos) y espaciales. Estos conocimientos se aplican a la difusión de excitaciones, cuantificando así las interacciones que controlan la relajación. En el caso de espines, se desarrollan métodos de análisis que permiten una mejor cuantificación de las interacciones magnéticas. Se posibilita así la caracterización de moléculas y nanopartículas metálicas por RMN. En el caso de microdispositivos, el control de las excitaciones cuánticas nos permitió el diseño de un amplificador de ultra-sonido por emisión estimulada (SASER) que convierte las excitaciones electrónicas en ultrasonido. Objetivos En lo relativo al transporte de carga, se quiere optimizar los parámetros del dispositivo SASER (amplificador de ultra-sonido por emisión estimulada). Se estudiará la compatibilidad de las aproximaciones de transporte coherente y secuencial. Por otra parte se continuará con el estudio de las manifestaciones del confinamiento electrónico en una nanoestructura en el espectro de RMN de núcleos metálicos para lograr un mejor ajuste con los resultados experimentales. En lo relativo al transporte de magnetización, el objetivo teórico es encontrar las condiciones para la observación de ecos cuánticos así como otros fenómenos temporales en el transporte de espines en molécula, procurando extenderlos al transporte de carga en microdispositivos. Se desea evaluar la influencia de interacciones de muchas partículas y otras interacciones que rompen la coherencia de fase en la descripción dinámica de las excitaciones. En la parte experimental, se crecen monocristales de moléculas orgánicas susceptibles de presentar los ecos dinámicos estudiados en la parte teórica. (...) También deseamos explorar la difusión de magnetización mediante el análisis de Coherencias Cuánticas Múltiples. En síntesis, se espera mejorar la cuantificación e identificación de los ecos medidos en ferroceno y cimantreno, incorporando el efecto de las interacciones que rompen la coherencia de fase.

Estudio de los factores que influyen sobre la fertilidad física y química del suelo

El proyecto aborda el estudio de los factores que influyen sobre la fertilidad física y química del suelo desde dos aspectos diferentes: 1. Influencia de los distintos componentes del suelo sobre su estabilidad estructural. La pérdida de propiedades físicas y químicas lleva al agotamiento de los suelos, que determina una disminución de la productividad, en muchos casos aceleran el desencadenamiento de proceso erosivo. Este fenómeno afecta prácticamente a todas las áreas agrícolas y se ve agravado por la quema del rastrojo, que provoca una disminución del contenido de materia orgánica alterando el equilibrio químico y biológico de los diferentes horizontes, lo cual va acompañado del deterioro de los procesos de agregación, de la degradación de la estructura y la pérdida o disminución de la fertilidad física, química y biológica, provocando una alteración de los ciclos naturales. 2. Residualidad de herbicidas en suelo. Los sistemas de labranza conservacionista se han difundido como consecuencia de las significativas reducciones en los niveles de materia orgánica, fertilidad química, estabilidad de los agregados y el notable aumento de la susceptibilidad a la erosión, en los suelos de la provincia de Córdoba. Estos sistemas de producción incluyen, en su conjunto tecnológico, abundante aplicación de herbicidas para el control de malezas, por lo que su uso continuado podría acelerar la acumulación de residuos de estos productos, afectando la fertilidad química de los suelos por la presencia de compuestos tóxicos para cultivos posteriores como también la potencial acumulación de herbicidas en aguas subterráneas. La dinámica de los herbicidas varía según las características de los suelos, especialmente por su contenido de materia orgánica y composición textural; características del herbicida y de las condiciones ambientales. El objetivo de esta parte del proyecto es caracterizar los suelos estudiados por su afinidad con determinados herbicidas por medio de índices obtenidos en laboratorio. Además, estudiar si existe acumulación de herbicidas en suelos que recibieron sucesivas aplicaciones.

Estudios morfológicos de sistemas radicales en función de la condición física-morfológica en suelos Hapludoles típicos: Arachis hypogaea L. Maní

El crecimiento de los sistemas radicales de las plantas depende estrechamente de las posibilidades de provisión de glúcidos por la parte aérea y de los factores ambientales del suelo. La velocidad de elongación decrece con el incremento de las tensiones mecánicas que actúan externamente sobre la raíz (Dexter, 1987). La resistencia mecánica de los suelos a la penetración y vías de circulación preferencial para la progresión de las raíces, depende principalmente de la textura, porosidad, estabilidad de agregados y de la humedad del suelo, variable en el tiempo y en el espacio. Los poros del suelo sirven simultáneamente como el mejor camino para el drenaje del agua, el intercambio de gases entre la atmósfera y el suelo y la irrestricta penetración de las raíces (Drew,1983); la continuidad de estos poros es interrumpida por la presencia de panes inducidos por el laboreo, que son un verdadero obstáculo para el crecimiento de las plantas con consecuentes mecanismos de daños. El pasaje del ápice de la raíz a través del suelo requiere de la expansión de poros inicialmente más pequeños que ella o bien implica que la cofia y la región meristemática involucradas en este proceso reciban un estrés mecánico va a depender del grado de compactación del suelo. (...) Los rendimientos de los cultivos disminuyen cuando la resistencia del suelo aumenta; Flocker (1960) encontró disminuciones de hasta el 50 %; estas reducciones a menudo son atribuidas al estrés hídrico pero se debe analizar la disminución del volumen radical producido por compactación del suelo como parámetro adicional. Objetivos: El objetivo de este trabajo es estudiar modelos de crecimiento de sistemas radicales y la secuencia temporal de su formación en cultivos regionales, en función de las distintas condiciones físico-morfológicas de los suelos, para poder establecer en qué medida la alteración de la morfología de las raíces en estas distintas condiciones incide en el rendimiento del cultivo. Objetivos Específicos: - Se estudiarán los sistemas radicales en "maní" ( Arachis hypogaea L.), desde implantación del cultivo hasta cosecha, en lotes con suelos Hapludoles típicos que presentan diferentes condiciones físicas y distintos tipos de laboreo. - Se realizarán estudios morfológicos e histológicos comparativos de raíces de distinto orden. - Se calcularán parámetros de rendimiento. - Se determinarán variables físicas de los suelos.

Interacción de la radiación con la materia: Aplicación a la caracterización de materiales

Las tareas de investigación involucran tres subproyectos interdependientes: A. Caracterización de muestras extensas. B. Caracterización de muestras delgadas y multiminares. C. Caracterización de partículas y aplicación a la contaminación ambiental. Se prevé utilizar la técnica de Monte Carlo para predecir espectros de FRX con sistema dispersivo en energías. Este mismo método será utilizado para describir la distribución angular de los electrones retrodifundidos para incidencia normal y no normal, y también para mejorar la descripción de la función distribución de ionizaciones f(pz) utilizando secciones eficaces realistas. Paralelamente, se desarrollarán modelos de los parámetros fo, go y h que determinan la función distribución de ionizaciones f(pz). Del mismo modo, se estudiará la caracterización de muestras delgadas y estratificadas. Para ello se realizarán simulaciones Monte Carlo utilizando los resultados previstos en el párrafo anterior y se harán determinaciones experimentales con la microsonda electrónica de sistemas multilaminares simples y multicomponentes. Se extenderán las aplicaciones del programa MULTI desarrollado en nuestro grupo para cuantificación de muestras extensas, láminas delgadas y partículas. En este sentido se implementará un algoritmo para cuantificar muestras con picos no detectables, se evaluarán los errores en las concentraciones calculadas y se incluirá el reforzamiento por fluorescencia con las líneas K beta. Por otro lado, se implementará de un método de procesamiento de datos para el análisis de partículas en EPMA y su aplicación al estudio de la contaminación ambiental mediante el procesamiento de imágenes para la caracterización morfológica y química de partículas en suspensión, análisis de clusters. El objetivo final es la identificación y caracterización de fuentes de contaminación. Esta tarea será complementada con análisis global de la composición química en muestras de materia particulada mediante FRX, y el estudio de sus parámetros físicos mediante el método de simulación Monte Carlo. Se mejorará la estructura experimental de nuestro laboratorio poniendo en funcionamiento un microscopio electrónico Cambridge Stereoscan cedido por la Universidad de Barcelona conjuntamente con la capacidad analítica que ha sido adquirida para extender sus posibilidades de aplicación, y se instalará un equipo de FRX desarrollado en nuestro grupo con accesorios recientemente adquiridos. El desarrollo y solución de los problemas propuestos permitirá mejorar la formación integral de estudiantes en distintas etapas de su carrera de doctorado y recientemente doctorados, ya que presentan además de un aspecto básico, uno aplicado, pues tienden a la solución de situaciones concretas de interés biológico, ambiental y tecnológico.

Comprensión en resolución de problemas en Física: niveles de representación e inferencias basadas en el conocimiento. Comprehension in Physics Problem-Solving: levels of representation and knowledge-based inferences.

Se propone desarrollar e integrar estudios sobre Modelado y Resolución de Problemas en Física que asumen como factores explicativos: características de la situación planteada, conocimiento de la persona que resuelve y proceso puesto en juego durante la resolución. Interesa comprender cómo los estudiantes acceden al conocimiento previo, qué procedimientos usan para recuperar algunos conocimientos y desechar otros, cuáles son los criterios que dan coherencia a sus decisiones, cómo se relacionan estas decisiones con algunas características de la tarea, entre otras. Todo ello con miras a estudiar relaciones causales entre las dificultades encontradas y el retraso o abandono en las carreras.Se propone organizar el trabajo en tres ejes, los dos primeros de construcción teórica y un tercero de implementación y transferencia. Se pretende.1.-Estudiar los procesos de construcción de las representaciones mentales en resolución de problemas de física, tanto en expertos como en estudiantes de diferentes niveles académicos.2.-Analizar y clasificar las inferencias que se producen durante las tareas de comprensión en resolución de problemas de física. Asociar dichas inferencias con procesos de transición entre representaciones mentales de diferente naturaleza.3.-Desarrollar materiales y diseños instruccionales en la enseñanza de la Física, fundamentado en un conocimiento de los requerimientos psicológicos de los estudiantes en diversas tareas de aprendizaje.En términos generales se plantea un enfoque interpretativo a la luz de marcos de la psicología cognitiva y de los desarrollos propios del grupo. Se trabajará con muestras intencionales de alumnos y profesores de física. Se utilizarán protocolos verbales y registros escritos producidos durante la ejecución de las tareas con el fin de identificar indicadores de comprensión, inferencias, y diferentes niveles de representación. Se prevé analizar material escrito de circulación corriente sea comercial o preparado por los docentes de las carreras involucradas.Las características del objeto de estudio y el distinto nivel de desarrollo en que se encuentran los diferentes ojetivos específicos llevan a que el abordaje contemple -según consideracion de Juni y Urbano (2006)- tanto la lógica cualitativa como la cuantitativa.

Síntesis, caracterización y aplicaciones específicas de metalosilicatos cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de nanoestructuras. Synthesis, characterization and specific aplications of crystalline micro and mesoporous metallosilicates with nanostructures.

La síntesis de materiales cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de micro/nano partículas/clusters de especies formadas con entidades propias interaccionando con las redes, como óxidos de metales, cationes de neutralización, especies metálicas, etc., pueden potencialmente ser utilizados como "materiales hospedaje" en óptica, electrónica, sensores, como materiales magnéticos, en estrategias ambientales de control de la contaminación, catálisis en general y procesos de separación. Se sintetizaran y caracterizaran por diversas técnicas fisicoquímicas, zeolitas microporosas de poro medio (ZSM) y poro grande (Y), y materiales mesoporosos (MCM-41). La aplicación de los mismos se orientara, por una parte, a procesos catalíticos tecnológicamente innovadores relacionados con los siguientes campos: a)catálisis ambiental: transformación de desechos plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno o mezclas de los mismos) a hidrocarburos de mayor valor agregado (gasolinas, gasoil, gases licuados de petróleo, hidrocarburos aromáticos); b)química fina: oxidación parcial de hidrocarburos aromáticos hacia la obtención de commodities, fármacos, etc. Por otra parte, se evaluaran las propiedades magnéticas (ferromagnetismo, paramagnetismo, superparamagnetismo, diamagnetismo) que algunos de estos materiales presentan, en busca de su correlación con sus propiedades catalíticas, cuando sea factible. Se estudiaran las condiciones óptimas de síntesis de los materiales, aplicando técnicas hidrotermicas o sol gel, controlando variables como temperaturas y tiempos de síntesis, pH de geles iniciales-intermedios-finales, tipo de fuentes precursoras, etc. La modificación de las matrices con Co, Cr, Mn, H, o Zn, se realizara mediante diversos tratamientos químicos (intercambio, impregnación) a partir de las sales correspondientes, con el objeto de incorporar elementos activos al estado iónico, metálico, clusters, etc.; y la influencia de distintos tratamientos térmicos (oxidantes, inertes o reductores; atmósferas dinámicas o estáticas; temperaturas). La caracterización estructural de los materiales será por: AA (cuantificación elemental de bulk); XRD (determinacion de presencia de especies oxidos o metalicas de Zn, Co, Cr, o Mn; determinacion de cristalinidad y estructura); BET (determinacion de area superficial); DSC-TG-DTA (determinacion de estabilidad de las matrices sintetizadas); FTIR de piridina (determinacion de tipo-fuerza-cantidad de sitios activos); Raman y UV-reflectancia difusa (determinacion de especies ionicas interacturando o depositadas sobre las matrices); TPR (identificacion de especies reducibles); SEM-EDAX (determinacion de tamaño de particulas de especies activas y de las matrices y cuanfiticacion superficial); Magnetómetros SQUID y de muestra vibrante (medición de magnetización y susceptibilidad magnética a temperatura ambiente con variación de campo externo aplicado, y variación de temperaturas (4 a 300 K) con campo externo fijo). En síntesis, se plantean tres grandes áreas de trabajo: No1)Síntesis y caracterización de materiales micro y mesoporosos nanoestructurados; No2) Evaluación de las propiedades catalíticas; No3) Evaluación de las propiedades magnéticas. Estos lineamientos nos permitirán generar nuevos conocimientos científicos-tecnológicos, formando recursos humanos (dos becarios posdoctorales; un becario doctoral; tres becarios alumnos de investigación; aproximadamente 15 pasantes de grado al año) aptos para emprender tales desafíos. Los conocimientos originados son constantemente trabajados en las actividades docentes de grado y posgrado que los integrantes del proyecto poseen. Finalmente serán transmitidos y puestos a consideración de pares evaluadores en presentaciones a congresos nacionales e internacionales y revistas especializadas.

COMPORTAMIENTO DE SUELOS CONTAMINADOS: Interacción fluidos - partículas en los procesos de transporte.

La investigación en medios porosos pretende profundizar el estudio en sistemas de partículas tales como suelos y rocas, haciendo énfasis en los procesos físicos que gobiernan el comportamiento de la fase sólida y los fluidos intersticiales (agua, hidrocarburos, electrolitos, etc.). Las investigaciones planteadas para este proyecto se encuentran relacionadas con el comportamiento mecánico de los sistemas de partículas, la interacción fluido-partícula y su relevancia en los problemas de flujo de contaminantes, problemas de flujo no miscible, y remediación de suelos contaminados. En cada uno de los aspectos mencionados se busca tanto interpretar comportamientos emergentes a través de estudios realizados a diferentes escalas, como desarrollar soluciones creativas e innovadoras para los problemas en estudio. Se evaluará la interacción fluido-partícula en la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos para determinar las propiedades del suelo que gobiernan el fenómeno de desplazamiento no miscible. Se realizarán procedimientos experimentales para la remediación de As y otros metales o metaloides en suelo y aguas subterráneas. Se analizará el comportamiento de suelos en los procesos de transporte de lixiviado, a través de barreras de bajas permeabilidad (liners) como así también en barreras reactivas permeables, incluyendo variables como la actividad bacteriana, mecanismos de adsorción y reacciones químicas. Esta investigación tiene un fuerte componente de experimentación en laboratorio. Las herramientas utilizadas consisten fundamentalmente en el desarrollo y diseño de experimentos, donde se monitorea la influencia de las variables que controlan el comportamiento macroscópico del sistema. También se plantean trabajos basados en análisis numéricos, modelos de comportamiento, modelos físicos micro-mecánicos, y análisis de imágenes de alta resolución. Los estudios realizados son relevantes para el campo de la ingeniería geotécnica, geotecnia ambiental, industria del petróleo, hidrogeología e ingeniería geológica.