Microscopic study of He2-SF6 trimers

The He2-SF6 trimers, in their different He isotopic combinations, are studied in the framework of both the correlated Jastrow approach and the correlated hyperspherical harmonics (CHH) expansion method. The energetics and structure of the He-SF6 dimers are analyzed, and the existence of a characteristic rotational band in the excitation spectrum is discussed, as well as the isotopic differences. The binding energies and the spatial properties of the trimers, in their ground and lowest lying excited states, obtained by the Jastrow ansatz are in excellent agreement with the results of the converged CHH expansion. The introduction of the He-He correlation makes all trimers bound by largely suppressing the short range He-He repulsion. The structural properties of the trimers are qualitatively explained in terms of the shape of the interactions, Pauli principle, and masses of the constituents.

Microscopic calculations of the excitation spectrum of one 3He impurity in liquid 4He

We calculate the chemical potential ¿0 and the effective mass m*/m3 of one 3He impurity in liquid 4He. First a variational wave function including two- and three-particle dynamical correlations is adopted. Triplet correlations bring the computed values of ¿0 very close to the experimental results. The variational estimate of m*/m3 includes also backflow correlations between the 3He atom and the particles in the medium. Different approximations for the three-particle distribution function give almost the same values for m*/m3. The variational approach underestimates m*/m3 by ~10% at all of the considered densities. Correlated-basis perturbation theory is then used to improve the wave function to include backflow around the particles of the medium. The perturbative series built up with one-phonon states only is summed up to infinite order and gives results very close to the variational ones. All the perturbative diagrams with two independent phonons have then been summed to compute m*/m3. Their contribution depends to some extent on the form used for the three-particle distribution function. When the scaling approximation is adopted, a reasonable agreement with the experimental results is achieved.

Producció de material docent per a ciència de materials mitjançant microscòpia electrònica de rastreig i làser confocal

Aquest projecte s'ha realitzat al Servei de Microscòpia de la Universitat Autònoma de Barcelona, i ha tingut una durada de dos anys (2006-2008). La finalitat d’aquest projecte ha estat l’elaboració de material didàctic basat en la captació d’imatges i l’edició de recursos pedagògics de suport digital aplicats a la ciència de materials. Es pretén millorar així la qualitat docent de les pràctiques de diverses assignatures dels ensenyaments de Física i d’Enginyeria de Materials utilitzant tècniques d’anàlisi actuals com són la Microscòpia Electrònica de Rastreig (MER) i la Microscòpia Optica (MO). Amb aquest projecte es vol fomentar també el treball interdisciplinari en equip entre professionals (docents i tècnics superiors de recerca) i acostar la teoria de les assignatures a la realització pràctica, facilitant el suport digital necessari per aconseguir un màxim aprofitament a les aules. Les imatges de MER i MO ajudaran als alumnes a familiaritzar-se amb el món de la recerca i la indústria.

Preparació de materials híbrids orgànico-inorgànics a partir de sals d'imidazoli

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier, França, durant 2006. S’han sintetitzat materials híbrids orgànico-inorgànics mitjançant el procés sol-gel i altres estratègies sintètiques. En alguns casos, s’ha intentat estructurar aquests materials, ja sigui per autoestructuració o per mitjà de tensioactius. Com a catalitzadors de les reaccions d'hidròlisi i policondensació s’han utilitzat àcids, bases i fluorurs. Els materials obtinguts s’han caracteritzat mitjançant diferents tècniques: BET (Brunauer-Emmett-Teller), TEM (microscopia electrònica de transmissió), SEM (microscòpia electrònica de rastreig), raigs X en pols , IR i RMN (ressonància magnètica nuclear) en estat sòlid. Amb aquests materials es pretén preparar catalitzadors heterogenis de Pd per reaccions d’acoblament creuat, i de Ru per reaccions de metàtesi. També s’han sintetitzat sals d'imidazoli amb cadenes hidrocarbonades llargues amb l'objectiu de preparar gels de sílice amb aquestes molècules atrapades dins la matriu inorgànica. Aquests materials s’utilitzaran com a organocatalitzadors i també es prepararan els corresponents catalitzadors de Pd per reaccions de Heck, Suzuki i Sonogashira. Les sals d’imidazoli s’han utilitzat com a tensioactius en la preparació de gels de sílice estructurats. Aquestes molècules han resultat ser cristalls líquids i s’han caracteritzar mitjançant DSC (differential scanning calorimetry), microscopia òptica i raigs X.

Materials porosos per liofilització: els liogels

En aquest treball sobre materials porosos obtinguts per liofilització, s’ha demostrat que es poden produir materials anàlegs als aerogels de sílice mitjançant un procés de congelació i posterior sublimació. Malgrat les dificultats que es presenten en el procés de congelació, s’ha aconseguit un nou producte que hem denominat LIOGELS (per diferenciar-los dels aerogels) amb més o menys graus de monoliticitat segons la composició i el procés realitzat. S’han estudiat diversos sistemes de congelació, principalment amb nitrogen líquid i en la cambra del liofilitzador a -80ºC, però també s’han comparat els resultats de congelacions de gels amb tert-butanol a 12ºC (el tert-butanol fon a 25,69ºC). S’han sintetitzat diferents tipus de gels, de cara a la seva liofilització posterior. Alguns dels gels s’han deixat assecar amb molta cura i molt lentament per produir xerogels monolítics, amb l’objectiu de comparar les estructures dels aerogels, els xerogels i els nous liogels produïts en aquest treball. Per tal d’aconseguir líquids de rentat que al congelar no trenquessin l’estructura, s’han buscat les mescles idònies de dissolvents (que no canviessin de volum al congelar). S’ha instal·lat un equip de liofilització a l’Icmab, que s’ha utilitzat per elaborar les mostres estudiades. L’equip de liofilització té fonamentalment dos modes de funcionament: sublimació a través d’un "manifold" i dins d’una cambra amb safates. Per a la caracterització de les mostres dels nous materials obtinguts, s’ha utilitzat l’equip BET, i els equips de microscòpia electrònica SEM i TEM de l’ICMAB. S’han avaluat els resultats obtinguts amb l’equip de porosimetria (BET) i s’han analitzat les fotografies del SEM i del TEM, fent les oportunes comparacions entre aerogels i liogels, i entre aquests i els xerogels.

Preparació de puntes de tungstè per a microscòpia d'efecte túnel (STM)

Es presenten els resultats experimentals obtinguts durant l’estudi sistemàtic realitzat de la preparació electroquímica de puntes de tungstè per al Microscopi d’Efecte Túnel (STM), fent servir dos electròlits: KOH i NaOH. L’estudi sobre la morfologia, longitud de la punta i radi de curvatura de la punta en funció del voltatge aplicat i les concentracions de l’electròlit es descriu al capítol 3. La caracterització de les puntes es va dur a terme, per una part, mitjançant un microscòpic electrònic de rastreig (SEM) i per l’altre banda, amb el ús de les puntes obtingudes al STM. En resumen, els resultats mostren que ambdós electròlits permeten obtenir puntes que es poden fer servir amb èxit per l’obtenció d’imatges amb l’STM. Les millors puntes són aquelles que s’obtenen dins de rangs de concentracions d’electròlit baixes, entre valor de 10 a 15% en pes pel NaOH i entre 10 i 20% pel KOH i rangs de voltatge entre 3 a 7 V pel NaOH i 4 a 8 V pel KOH. S’observa que es requereixen temps d’atac electroquímic menors fent servir com a electròlit NaOH. S’estudia, en el capítol 4, el tractament que requereix la punta per tal d’eliminar les impureses de la seva superfície. Es realitzen diferents proves amb tres mètodes de neteja: (1) tractament químic, (2) bombardeig iònic i (3) tractament tèrmic de recuit. En el capítol 5 del projecte s’analitzen les imatges d’una mostra d’or, Au(110), d’estructura coneguda, amb el microscopi d’efecte túnel STM) del laboratori fent servir les puntes obtingudes sota les condicions considerades òptimes. El resultat confirma el bon comportament de les puntes obtingudes sota les condicions descrites en els capítols anteriors i establert una pauta a seguir per obtenir puntes d’una manera senzilla i reproduïble.

Microscòpia d'alta resolució aplicada a anàlisis traceològiques, tafonòmiques i zooarqueològiques

El projecte Microscòpia d'alta resolució aplicada a anàlisis traceològiques, tafonòmiques y zooarqueològiques ha permès donar continuïtat i ampliar la xarxa científica posada en marxa gràcies a dos projectes PBR anteriors entre l’IPHES i quatre centres anglesos: l’Institute of Archaeology del University College of London, el Dept of Prehistory and Europe del British Museum, el Dept of Palaeontology del Natural History Museum, i el Lithic Microwear Research Laboratory de la University of Bradford. El tema tractat ha estat l’avaluació de la resolució i de la possible complementarietat de diferents tècniques avançades de microscòpia per a l’anàlisi de les superfícies d’ossos i eines de pedra prehistòriques: microscòpia òptica, electrònica (SEM i ESEM), microscòpia làser confocal (LSCM) i el sistema Alicona 3D Infinite Imaging. Les diverses accions de mobilitat entre Catalunya i el Regne Unit realitzades han permès satisfactòriament posar en comú els procediments emprats pels diferents especialistes de cada centre. Les proves realitzades sobre materials de jaciments arqueològics clau tant britànics com de l’estat espanyol han permès avaluar els avantatges i limitacions que cada tècnica presentava segons la mostra estudiada (eines de pedra, ossos, dents...) i segons els requeriments específics de l’estudi plantejat. En termes generals, s’ha posat en evidència que les diferents tècniques explorades són força complementàries. És a dir, la gran capacitat d’augments i de resolució d’imatge dels microscopis electrònics es complementa amb unes meravelloses prestacions quant anàlisi de textures, de perfils i de reconstrucció 3D dels altres aparells. La principal conclusió que podem extreure, doncs, és que l’estudi d’aquest tipus d’objectes arqueològics requereix de l’ús combinat de diferents aparells de microscòpia. Tant els treballs realitzats com els contactes entre especialistes establerts al llarg del projecte s’han plasmat ja en treballs concrets, alguns d’ells ja publicats o en fase final de publicació.

Advanced optical microscopies for materials: new trends

This article summarizes the new trends of Optical Microscopy applied to Materials, with examples of applications that illustrate the capabilities of thetechnique.

Les pintures murals de la basílica paleocristiana de «Es Cap des Port» (Fornells, Menorca): materials i tècniques

[cat]El present treball ofereix una revisió de les pintures murals de la basílica de «Es Cap des Port» (Fornells, Menorca), així com un estudi de caracterització arqueomètrica deIs materials i tècniques per microscòpia òptica, tant amb lupa binocular com amb microscopi petrogràfic mitjançant làmina prima, difracció de raigs X i microscòpia electrònica de rastreig. Els resultats han permès identificar els pigments emprats, així com la seva tècnica d'aplicació. Igualment, han permès caracteritzar els morters i han desvelat l' existència de dos tipus diferents de suport. Malgrat aquestes diferències en els morters, els pigments són sempre els mateixos per a tots els conjunts pictòrics caracteritzats [eng] The present paper offers a revision of the wall paintings found at the early Christian church of 'Es Cap des Port' (Fornells, Menorca). Moreover, the materials and techniques employed have been archaeometrically studied by means of optical microscopy, both with steromicroscope and petrographic microscope by thin section, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results enable to identify the pigments used, as well as the techniques of application. It has also been possible to characterize the mortars, revealing the existence of two different types of support. In spite of these differences in the mortars, the pigments used are the same ones for all the studied wall paintings

Defining the criteria for the evaluation of self-study multimedia language learning materials: do they facilitate or inhibit learner autonomy?

Durant els darrers anys, s’han publicat un gran nombre de materials multimèdia destinats a l’aprenentatge de llengües, la major part dels quals son CD-ROM dissenyats com a cursos per l’autoaprenentatge. Amb aquests materials, els alumnes poden treballar independentment sense l’assessorament d’un professor, i per aquest motiu s’ha afirmat que promouen i faciliten l’aprenentatge autònom. Aquesta relació, però, no es certa, com Phil Benson i Peter Voller 1997:10) han manifestat encertadament:(…) Such claims are often dubious, however, because of the limited range of options and roles offered to the learner. Nevertheless, technologies of education in the broadest sense can be considered to be either more or less supportive of autonomy. The question is what kind of criteria do we apply in evaluating them? En aquest article presentem una investigació conjunta on es defineixen els criteris que poden ser utilitzats per avaluar materials multimèdia en relació a la seva facilitat per permetre l’aprenentatge autònom. Aquests criteris son la base d’un qüestionari que s’ha emprat per avaluar una selecció de CD-ROM destinats a l’autoaprenentatge de llengües. La estructura d’aquest article és la següent: - Una introducció de l’estudi - Els criteris que s’han utilitzar per la creació del qüestionari - Els resultats generals de l’avaluació - Les conclusions que s’han extret i la seva importància pel disseny instructiu multimèdia

Preparació i caracterització de materials mesoporosos en sistemes tensioactius

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitat Nacional de Yokohama des de maig fins a mitjans de juny del 2006. S'ha estudiat el comportament fàssic i la preparació de sílica mesoporosa pels nous tensioactius fluorats d'estructura C8F17SO2(C3H7)N(C2H4O)nH (abreujat C8F17(EO)n. El tensioactiu C8F17(EO)n forma micel•les allargades i cristalls líquids en aigua, i per tant pot ser adequat per a la preparació de materials mesoporosos. Sílica mesoestructurada es va preparar pel mètode de precipitació per autoagregació cooperativa. Un estudi sistemàtic es va realitzar, investigant la influència de les concentracions de tensioactiu i precursor (TEOS), l’efecte del pH i de la longitud de cadena de poliòxid d’etilè. Els materials es van caracteritzar per raigs X a angle petit (SAXS), sorció de nitrògen i TEM. Els materials obtinguts presenten diàmetres de por petits i parets de por gruixudes. A més, aquests materials posseeixen altes superfícies específiques, que s’han obtingut emprant concentracions de tensioactiu petites, produint parets de por robustes sense microporositat significativa. La superfície específica es manté durant el procés de calcinació, malgrat un petit encongiment degut a l’entrecreuament de la sílica. Els materials de sílica obtinguts han mostrat ser significativament més robustos que altres materials similars descrits a la bibliografia, com la sílica MCM-41.

Parametric analysis of different compact tension specimens for fracture toughness characterisation in woven composite materials

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Imperial College London, entre juliol i novembre de 2006. En aquest treball s’ha investigat la geometria més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. L’objectiu és assegurar la propagació de l’esquerda sense que la proveta falli abans per cap altre mecanisme de dany per tal de permetre la caracterització experimental de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. Amb aquesta fi, s’ha dut a terme l’anàlisi paramètrica de diferents tipus de provetes mitjançant el mètode dels elements finits (FE) combinat amb la virtual crack closure technique (VCCT). Les geometries de les provetes analitzades corresponen a la proveta de l’assaig compact tension (CT) i diferents variacions com la extended compact tension (ECT), la proveta widened compact tension (WCT), tapered compact tension (TCT) i doubly-tapered compact tension (2TCT). Com a resultat d’aquestes anàlisis s’han derivat diferents conclusions per obtenir la geometria de proveta més apropiada per a la caracterització de la tenacitat a fractura intralaminar de materials compòsits laminats amb teixit. A més, també s’han dut a terme una sèrie d’assaigs experimentals per tal de validar els resultats de les anàlisis paramètriques. La concordança trobada entre els resultats numèrics i experimentals és bona tot i la presència d’efectes no previstos durant els assaigs experimentals.

Thickening of phase change materials (PCM) to avoid segregation

Estudi elaborat a partir d’una estada a Çukurova University, Turquia, al juliol del 2006. L’emmagatzematge d’energia tèrmica ha atret interès en aplicacions tèrmiques com l’aigua calenta, la calefacció i l’aire condicionat. Aquests sistemes són útils per corregir la no coincidència entre la oferta i la demanda d’energia. Principalment hi ha dos tipus de sistemes d’emmagatzematge d’energia tèrmica, emmagatzematge amb calor sensible i amb calor latent. L’emmagatzematge amb calor latent és particularment atractiu degut a la seva habilitat de donar una densitat d’emmagatzematge d’energia més alt i la seva característica d’emmagatzemar calor a una temperatura constant corresponent a la temperatura de transició de fase de la substància emmagatzemadora de calor. Les salts hidratades orgàniques tenen certes avantatges com a materials d’emmagatzematge de calor latent sobre els materials orgànics. En canvi, quan les salts hidratades s’utilitzen com a materials de canvi de fase (PCM) apareixen alguns problemes en les aplicacions d’emmagatzematge de calor latent. Aquests són el subrefredament de les salts hidratades quan es congelen degut a les seves dèbils propietats de nucleació, i la separació de fase que hi apareix degut a una fusió incongruent. En aquest estudi, s’estabilitza sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) amb diferents concentracions de poliacrilamida i gelatina per prevenir la fusió incongruent. Per prevenir el subrefredament s’utilitza un agent nucleant amb una estructura cristal•lina semblant a la de la sal de Glauber. La capacitat d’emmagatzematge de calor de les mostres de PCM estabilitzades amb diferents concentracions de gels polimèrics es determinen amb DCS i amb el mètode T-history.

FIB una eina per a l'enginyeria de materials

En aquest projecte es presenta la tecnologia FIB com una eina capaç d'oferir solucions de nanocaracterització i nanofabricació dins de l'entorn del BCN-b. En primer lloc es fa una breu descripció dels fenòmens que ocorren durant la utilització de l'equip i sobre les característiques i components que l'integren. S'analitza casos concrets d'inspecció de seccions de mostres de diferents naturalesa (materials multicapa, dispositius electromecànics i òptics, materials biològics), de preparació de mostres TEM, d'edició de circuits electrònics, de nanofabricació sobre diferents materials (conductors i aïllants) i de nanoexperimentació. Aquestes aplicacions són exemples sobre l'ús que ha tingut l'equip durant la realització d'aquest projecte i, sobretot, serveixen de carta de presentació sobre el gran ventall de possibilitats que, amb el CrossBeam 1560 XB, es pot oferir. Finalment, es conclou explicant quina serà la política de funcionament de l'equip i les previsions sobre la seva gestió.