Preparació d'òxids mesoporosos mitjançant nanocasting

S’ha sintetitzat pel mètode de nanocasting pols nanomètrica d’In2O3, NiO i Co3O4 utilitzant diferents mesoestructures de sílice (SBA-16, SBA-15 i KIT-6) com a motlle rígid. Les rèpliques obtingudes s’han caracteritzat amb les tècniques de difracció de raigs X, microscòpia electrònica de rastreig, microscòpia electrònica de transmissió d’alta resolució i BET. L’òxid d’indi, l’òxid de níquel i l’òxid de cobalt obtinguts a partir de la sílice SBA-15 i KIT-6 conserven perfectament l’estructura mesopòrica del motlle, amb valors del diàmetre de porus al voltant dels 7-8 nm. Les rèpliques del motlle SBA-15 estan formades per nanofilaments llargs, mentre que les rèpliques de KIT-6 presenten una estructura hexagonal. A partir del motlle de tipus gàbia (SBA-16), si bé el Co3O4 obtingut és mesopòric, en els altres dos casos (In2O3 i NiO) no s’ha observat ordenament. Per a les rèpliques In2O3 KIT-6 i NiO SBA-15, la caracterització mitjançant BET ha permès corroborar el caràcter mesoestructurat de les mostres.

Extracció minera a la Selva del Camp

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. L’objectiu d’aquest treball és localitzar i descriure algunes de les mines que s’havien explotat al municipi de la Selva del Camp -comarca del Baix Camp, Tarragona - durant el segle XIX i inici del XX. També es pretén estudiar els minerals extrets en aquestes mines i recollir-ne mostres. Finalment, s’investiga la situació de les mines en el context geològic general i quin és l’origen dels filons explotats. La metodologia seguida ha tingut diverses fases. Primerament, s’ha obtingut informació bibliogràfica i cartogràfica sobre la geologia de la Selva del Camp. En segon lloc, s’ha obtingut informació sobre les mines que s’explotaven al terme a l’Arxiu Municipal i s’han localitzat les mines en un mapa. En tercer lloc, s’ha recollit informació oral sobre la ubicació i l’explotació de les mines amb entrevistes a gent gran del poble. Posteriorment s’ha realitzat un treball al camp per buscar les mines. Un vegada trobades s’han descrit confeccionant esquemes del seu recorregut, localitzant les escombreres i recollint-ne mostres. Finalment s’han estudiat les mostres al laboratori i s’ha elaborat una col•lecció. Els resultats de la recerca mostren que les mines explotaven filons metàl•lics formats per precipitació de sulfurs i òxids dins de les llicorelles del carbonífer-permià. Els minerals explotats eren principalment galena, mena del plom i pirolusita, d’on s’obtenia manganès. Es recomana crear algun itinerari per donar difusió a aquest patrimoni.

Anàlisi tèrmica de l'obtenció d'òxids de ceri a partir de precursors moleculars

El projecte consisteix en l’anàlisi tèrmica de l’obtenció d’òxids de ceri a partirde precursors moleculars com són el propionat de ceri (III), el propionat de ceri (III)dopat amb gadolini i el propionat de ceri (III) dopat amb zirconi. Els òxids resultantssón materials superconductors que ofereixen una resistència nul•la al pas del correnten determinades condicions. Per realitzar l’estudi hem fet servir quatre tècniques diferents: termogravimetria, calorimetria diferencial, espectrometria de masses i difracció de raigs-x

Nanostructuració d'òxids mitjançant mètodes de solució química avançats i nanolitografia tova

Un dels reptes tecnològics més importants del segle XXI és el desenvolupament i organització de materials funcionals a escala nanomètrica ja que permet modificar-ne les propietats fonamentals i generar-ne de noves. En el cas dels òxids complexos aquesta tecnologia ha generat grans perspectives en diferents àrees d’estudi perquè presenten propietats molt interessants com la magnetoresistència colossal, superconductivitat o multiferroicitat. En particular, en l’òxid complex superconductor YBa2Cu3O7 (YBCO) s’ha demostrat que la formació de capes superconductores sobre plantilles nanoestructurades o bé la formació de nanocompostos en una matriu superconductora permet millorar de manera espectacular les seves propietats (corrent crític). Aquests resultats introduiran canvis paradigmàtics en la tecnologia de l’energia elèctrica (cables, motors, generadors) i en totes aquelles aplicacions que requereixin camps magnètics intensos. Ara bé, cal aconseguir-ho mitjançant tècniques de baix cost i que permetin un fàcil escalat. Durant els 4 mesos que s’ha disfrutat de l’ajut BP s’han preparat amb èxit noves capes primes superconductores nanoestructurades mitjançant la introducció d’una fase secundària nanomètrica complexa, Ba2YTaO6 (BYTO), dins la matriu d’YBCO pel mètode de baix cost de deposició de solucions químiques. Aquesta nova composició ha donat lloc a un augment significatiu de les propietats superconductores comparat amb la fase tradicional d’YBCO i per tant tenen gran potencial per fabricar futures cintes superconductores.

Determinació experimental de la temperatura de descomposició d'òxids metàl•lics

L’objecte d’aquest projecte és determinar la temperatura de descomposició de l’YBCO perun rang de diferents pressions parcials d’oxigen en l’atmosfera que es troba. Per obteniraquests resultats, en primer lloc, hem d’aconseguir generar de forma sistemàtica diversespressions parcials dins del forn i, en segon lloc, buscar quin és el mètode experimental mésadequat que ens doni els resultats més fiables utilitzant com a referència la descomposiciódel CuO. A més de realitzar els calibratges necessàries dels aparells utilitzats per poderobtenir uns bons resultats

Síntesi i caracterització de nanopartícules d'òxid de cobalt

L’objectiu d’aquest projecte és sintetitzar i caracteritzar nanopartícules d’òxid de cobalt. Ens interessa estudiar diferents isomorfes de monòxid de cobalt (CoO) ja que són materials nous i se’n desconeixen les propietats; en algunes investigacions s’intueix un comportament antiferromagnètic la qual cosa les fa especialment interessants per aplicacions magnètiques.

Estudi de la reductibilitat de catalitzadors basats en cobalt i el seu comportament en la reacció de desplaçament de gas d'aigua de CO

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la universitat d'Udine, Itàlia, entre setembre i desembre del 2006.S'han caracteritzat mitjançant la reducció a temperatura programada i tests catalítics catalitzadors en pols basats en cobalt i supostats en òxid de zinc i monòlits ceràmics funcionaliltzats també amb cobalt i òxid de zinc. L'addició de promotors (manganès, crom i ferro ) als catalitzadors en pols, preparats per impregnació i precipitació, no afecta significativament ni la temperatura a la qual té lloc la reducció ni al percentatge global de reducció. En els cicles de reducció-oxidació sí que s'observen diferències entre el primer perfil de reducció i els següents, especialment en el cas de la mostra que té ferro com a promotor, on les diferències s'accentuen en cicles successius (fins al quart). S'ha evaluat l'activitat d'aquests catalitzadors en la reacció de desplaçament de gas d'aigua, obtenint uns resultats satisfactoris. Finalment s'han realitzat reduccions a temperatura programada i tests catalítics en la reacció de desplaçament de gas d'aigua amb monòlits funcionalitzats amb cobalt i òxid de zinc (en cap d'ells s'ha introduït promotors). El nivell de conversió assolit és menor que en el cas de catalitzadors en pols, fet que s'associa a la geometria d'aquests sistemes catalítics, però la relació CH4/CO2 és més favorable que en els catalitzadors en pols, el que els converteix en sistemes molt selectius.

Aplicació de la termoquimiolisi - cromatografia de gasos - espectrometria de masses a l'estudi de la matèria orgànica del sòl

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Université de Poitiers, França, entre 2007 i 2009. El treball s'ha centrat en dues activitats bàsiques. El treball realitzat s’ha centrat en dues activitats bàsiques. D’una banda, la posada a punt d'un protocol de fraccionament de la matèria orgànica del sòl, per extraccions successives amb solvents alcalins després d'una seqüència de pretractaments al sòl: cap pretractament, atac amb àcid (per destruir els carbonats), atac amb ditionit (per reduir els òxids de Fe i Al i facilitar l'extracció de la matèria orgànica associada a aquests compostos). El protocol dóna una visió de conjunt de la situació de la matèria orgànica del sòl, combinant aspectes físics (protecció, precipitació, oclusió per carbonats) i químics (grau d'humificació). D’altra banda, l'aprenentatge de la tècnica de termoquimiolisi-cromatografia de gasos-espectrometria de masses. Aquest era l'objectiu de l'estada a Poitiers, al qual hem donat prioritat. Ens hem centrat en l'estudi de fraccions físiques (densimètriques) obtingudes en estudis anteriors sobre sòls forestals. Les fraccions considerades són: fracció lleugera (FL), tres fraccions ocluïdes (OC1, OC2 i OC3) i fracció densa (FD). L’aplicació de la termoquimiolisi permet de caracteritzar diversos grups de substàncies, de les quals ens hem centrat en alguns indicadors bioquímics: àcids grasos, alcohols, diàcids, productes fenòlics i altres productes aromàtics, derivats de carbohidrats. L’estudi de conjunt d’aquests productes indica que és a les fraccions ocluïdes (que solen ser minoritàries a tots els horitzons) on la matèria orgànica d’origen microbià és dominant, mentre que a les fraccions lleugera (FL) i densa (FD) la matèria orgànica d’origen vegetal sembla dominant. Es preveu aplicar aquesta tècnica a l’estudi de les fraccions obtingudes a la primera part del treball, actualment congelades i a l’espera de ser processades.

Estudi de l'estabilitat tèrmica de l'espinel·la NiCo2O4 mesoporosa

Els materials mesoporos (amb una mida controlada de porus entre els 2 i 50 nm) tenen com a tret diferencial la seva gran superfície específica, la qual els fa aptes per a aplicacions molt diverses. L’espinel·la de NiCo2O4 és aplicable com a sensor de gasos, com a catalitzador de les reaccions d’evolució i reducció d’oxigen o com a elèctrode en electrosíntesi inorgànica i orgànica. Hom preveu que l’obtenció de NiCo2O4 mesoporós podria ampliar el ventall d’aplicacions d’aquest material o millorar les prestacions de les ja existents. L’objectiu del projecte és el de determinar el rang de temperatures d’ús dels dispositius que incorporin l’espinel·la de NiCo2O4 mesoporosa. Per tal d’analitzar l’estabilitat tèrmica d’aquest material, es realitza un procés de síntesi complet de mostres d’aquestes característiques. S’inicia un procés d’obtenció de nanomotlles de sílice amb mesoestructura SBA-15 i KIT-6 pel mètode de soft-templating. Aquests templates es validen per TEM i EDX i són els emprats per a la síntesi de mostres de NiCo2O4 per hard-templating. Un cop sintetitzades les mostres de NiCo2O4 SBA-15 i KIT-6, es procedeix a validar la qualitat de la seva mesoestructura per TEM, i la seva composició química per EDX i de fases per XRD. Aquestes dues mostres as-prepared passen a ser sotmeses a un seguit de tractaments tèrmics a temperatures de 400ºC, 450ºC, 500ºC, 550ºC i 600ºC. Això permetrà observar per TEM el col·lapse de la mesoestructura i per XRD serà possible detectar i quantificar la segregació de NiO que podria malmetre les propietats del material en qualsevol de les seves aplicacions. Segons l’aparició d’aquests dos efectes negatius, es determinarà una temperatura crítica de funcionalitat del NiCo2O4 mesoporós. També es farà una anàlisi termogravimètrica dels precursors emprats per a la síntesi del NiCo2O4 confinats en templates de sílice: nitrat de cobalt i nitrat de níquel per separat, i una mescla d’ambdós amb proporcions 0,5:1 Ni(II):Co(II). Es podrà observar en quines temperatures tenen lloc el processos físicoquímics patits per aquests precursors, quan té lloc la formació dels òxids pertinents i com afecta la presència dels nanomotlles a cada un d’ells. Finalment, aquest projecte també incideix en l’estudi de la reproductibilitat per hard-templating de l’espinel·la de FeCo2O4, un material força desconegut en format mesoporós. I la caracterització de les mostres as-prepared per TEM, EDX i XRD.

Growth and characterization of CoO ultra thin films

In this report we present the growth process of the cobalt oxide system using reactive electron beam deposition. In that technique, a target of metallic cobalt is evaporated and its atoms are in-flight oxidized in an oxygen rich reactive atmosphere before reaching the surface of the substrate. With a trial and error procedure the deposition parameters have been optimized to obtain the correct stoichiometry and crystalline phase. The evaporation conditions to achieve the correct cobalt oxide salt rock structure, when evaporating over amorphous silicon nitride, are: 525 K of substrate temperature, 2.5·10-4 mbar of oxygen partial pressure and 1 Å/s of evaporation rate. Once the parameters were optimized a set of ultra thin film ranging from samples of 1 nm of nominal thickness to 20nm thick and bulk samples were grown. With the aim to characterize the samples and study their microstructure and morphology, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, electron diffraction, energy dispersive X-ray spectroscopy and quasi-adiabatic nanocalorimetry techniques are utilised. The final results show a size dependent effect of the antiferromagnetic transition. Its Néel temperature becomes depressed as the size of the grains forming the layer decreases.

Anàlisi tèrmica de l’obtenció d’òxids de bari a partir de precursors moleculars

Aquest projecte, que col•labora amb el Grup de Recerca en Materials i termodinàmica,tractarà de com obtenir òxids de bari purs per incloure en la matriu del superconductorYBCO a partir de diversos precursors moleculars tals com l’acetat de bari, el propionatde bari i l’etil hexaonat de bari. La dificultat rau en la descomposició tèrmica d’aquestsprecursors a òxid, ja que solen descompondre’s a carbonat. L’estudi consistirà encercar les condicions que evitin la formació de carbonat i per tant afavoreixin l’obtencióde l’òxid.L’estudi es realitza fent ús de les tècniques d’anàlisi tèrmica tals com latermogravimetria i l’anàlisi tèrmica diferencial. A posteriori, també hem utilitzat ladifracció de Raigs-X que ens permetrà analitzar el residu sòlid resultat de ladescomposició i per tant saber quin compost tenim, si òxid o carbonat. Tot i això, caltenir en compte que aquesta tècnica s’ha d’aplicar en finalitzar l’anàlisi tèrmica ja quesinó l’òxid que es forma reacciona amb el CO2 de l’atmosfera amb molta facilitat ialeshores s’observa només carbonat en el resultat

Strain-induced stabilization of new magnetic spinel structures in epitaxial oxide heterostructures.

We report here on the growth of NiFe2O4 epitaxial thin films of different thickness (3 nm ¿ t ¿ 32 nm) on single crystalline substrates having spinel (MgAl2O4) or perovskite (SrTiO3) structure. Ultrathin films, grown on any of those substrates, display a huge enhancement of the saturation magnetization: we will show that partial cationic inversion may account for this enhancement, although we will argue that suppression of antiparallel collinear spin alignment due to size-effects cannot be excluded. Besides, for thicker films, the magnetization of films on MAO is found to be similar to that of bulk ferrite; in contrast, the magnetization of films on STO is substantially lower than bulk. We discuss on the possible mechanisms leading to this remarkable difference of magnetization.

Epitaxial growth of biferroic YMnO3(0001) on platinum electrodes

Epitaxial films of the biferroic YMnO3 (YMO) oxide have been grown on platinum-coated SrTiO3(1 1 1) and Al2O3(0 0 0 1) substrates. The platinum electrodes, (1 1 1) oriented, are templates for the epitaxy of the hexagonal phase of YMO with a (0 0 0 1) out-of-plane orientation, which is of interest as this is the polarization direction of YMO. X-ray diffractometry indicates the presence of two crystal domains, 60° rotated in-plane, in the Pt(1 1 1) layers which subsequently are transferred on the upperlaying YMO. Cross-section analysis by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) of YMnO3/Pt/SrTiO3(1 1 1) shows high-quality epitaxy and sharp interfaces across the structure in the observed region. We present a detailed study of the epitaxial growth of the hexagonal YMO on the electrodes.