Anells de Liesegang (experimentació amb gels)

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 2009. Aquest treball de recerca es basa en l'experimentació i, posteriorment, l'obtenció i anàlisi de resultats de l'experiment creador d'anells de Liesegang. Aquest experiment, consistent en la precipitació d'un compost en una base gelificada formant anells distanciats logarítmicament els uns dels altres, ha estat durant més d'un segle objecte d'investigació de moltíssims científics, els quals no han sabut mai treure'n una explicació lògica i raonable d'aquest rar comportament. L'autor ha pretès recrear els curiosos anells intentant formar-los amb diferents inhibidors i compostos als trobats en la bibliografia. Després de realitzar més d'una trentena d'experiments, s'ha realitzat una anàlisi exhaustiva dels resultats. Aquest apartat ha estat un dels més enriquidors, ja que s'han dut a terme en ell comparacions sorprenents i troballes molt curioses, com per exemple la similitud entre els anells de Liesegang i les estructures de Turing, la qual intenta explicar les formes presents en els ocels dels éssers vius; i l'aparició d'anells de Liesegang segons l’òptica visual, efecte inexistent en l’àmplia bibliografia consultada. A més a més, també s'han efectuat una sèrie d'estudis: un en què es confirmen les distàncies logarítmiques entre els anells i on es realitza una comparació entre les dades empíriques i el patró matemàtic; i un altre en què s'estudia el comportament dels anells al variar els factors que regulen la velocitat de reacció.

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.

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.

Analog Modelling of N-S anticlines of the External Sierras (Jaca basin, Southern Pyrenees)

Report for the scientific sojourn carried out at the Uppsala Universitet, Sweden, from April to July the 2007. Two series of analogue models are used to explore ductile-frictional contrasts of the basal décollement in the development of oblique and transverse structures simultaneously to thin-skinned shortening. These models simulate the evolution of the Central External Sierras (Southern Pyrenees, Spain), which constitute the frontal emerging part of the southernmost Pyrenean thrust sheet. They are characterized by the presence of transverse N-S to NW-SE anticlines, which are perpendicular to the Pyrenean structural trend and developed in the hangingwall of the Santo Domingo thrust system, detaching on an unevenly distributed Triassic materials (evaporitic-dolomitic interfingerings). Model setup performs a décollement made by three patches of silicone neighbouring pure brittle sand. Model series A test the thickness ratio between overburden and décollement. Model series B test the width of frictional detachment areas. Model results show how deformation reaches further in areas detached on ductile layer whereas frictional décollement areas assimilate the strain by means of an additional uplift. This replicates the structural style of Central External Sierras: higher structural relief of N-S anticlines with regard to orogen-parallel structures, absence of a representative ductile décollement in the core, tilting towards the orogen and foreland-side closure not thrusted by the frontal emerging South-Pyrenean thrust.

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.

La cascarilla cerámica y su uso innovador

The ceramic shell is a material mainly used for making foundry molds. This research demonstrates that ceramic shell can be used for making sculptures with exceptional definition in its finish. The research has identified a number of advantages of the material to meet the challenges of an artist during the making of a sculpture. The research has been developed in six stages: In the first stage data were collected from the chaff as the process material. This was the starting point for research. In the second stage, we have set the appropriate composition of the slurry, both in percentage and type of binder, and firing curve. To this end, we evaluated the application characteristics, thickness, drying, mechanical strength, the reduction coefficient and porosity. In the third stage it was observed that the husk is suitable for all types of materials acting as support. It was also found that the slurry can be used with various sculptural processes: modeling, molding using silicone or plaster mold, shuttering, with internal metal frame, and so on. In addition, we have established methods to repair and modify the husk by hand and power tools. In the fourth stage we have found ways to modify the surface of the husk with other minerals that affect the structure: introduction of filing of copper, bronze and iron in the slurry ceramics, different staining procedure in hot or cold, by enamel slip, and so on. In the fifth stage sculptures were made using the methods established in the previous stages, to verify this hypothesis. The sixth stage, which is annexed, contains a new method to process the ceramic shell as a mold in casting that emerged from the proven methods in the investigation.

Estudi dels mecanismes mecànico-químics de la fibrogènesi pulmonar

La fibrosi pulmonar idiopàtica (FPI) és una malaltia intersticial letal, d'etiologia desconeguda i per la que no es disposa de cap tractament efectiu. Creiem que l’elasticitat normal del pulmó té propietats anti-fibròtiques, de manera que la FPI només progressarà si es produeix un enduriment sostingut del teixit. Per això hem dissenyat dos assaigs que ens permetran examinar els efectes pro-fibròtics de l'enduriment extracel•lular sobre fibroblasts primaris de pulmó. Els dos assaigs d'enduriment es basen en gels de poliacrilamida 2D i en gels de col•lagen 3D. Els fibroblasts s'han cultivat en el model d'enduriment 3D en presència o absència de la citoquina pro-fibròtica TGF-β1 i s'ha analitzat com la combinació de l’enduriment extracelular i la TGF-b1 modifiquen el fenotip de les cèl.lules. Els resultats preliminars mostren canvis en l'expressió d'alguns gens en resposta a l'enduriment i al TGF-b1, així com diferències entre cel•lules normals i fibròtiques. A més, suggereixen que l'expressió de COL1A1 i MMP-1 és mecanosensible, i que la seva desregulació podria estar associada a l’enduriment anòmal característic dels pulmons amb FPI.

Electromagnetismo en medios materiales con monopolos magnéticos

Els monopols es defineixen, teòricament, com càrregues que generen camps amb divergència diferent de cero. Malgrat això, les entitats amb comportament mimètic al dels monopols magnètics, segueix sent compatible amb ∇·B=0, han estat detectades experimentalment en gels d’espín (‘spin-ices’). Aquesta aparent contradicció pot generar confusió i, per tant, requereix explicació. D’altra banda, s’estudien propietats duals del materials amb càrregues magnètiques efectives tals com la ‘magnetricity’ en els ‘spinices’ (conductivitat de les càrregues magnètiques davant un camp magnètic extern). Com una conseqüència de la magnetricitat, l’apantallament del camp magnètic en materials amb càrregues magnètiques és analitzat. Estudio la propagació d’ones electromagnètiques transversals en medis materials infinits i en plasmes magnètics diluïts davant la presència de camps elèctrics externs constants. Aquesta propagació és dual a la propagació d’ones en plasmes de càrregues elèctriques davant la presència de camps magnètics externs, constants. Finalment, estudio el frenat elèctric d’un conductor de càrregues magnètiques amb un efecte dual al frenat magnètic en conductors elèctrics.

New experimental apparatus for the study of the Bénard-Rayleigh problem

A new experimental system to measure the equivalent thermal conductivity of a liquid with regard to the Bénard-Rayleigh problem was constructed. The liquid is enclosed within walls of polymethylmethacrylate between two copper plates in which there are thermocouples to measure the difference in temperature between the lower and upper surfaces of the layer of liquid. Heat flux is measured by means of a linear heat fluxmeter consisting of 204 thermocouples in series. The fluxmeter was calibrated and the linear relationship that exists between the heat flux and the emf generated was verified. The thermal conductivity of the polymethylmethacrylate employed was measured and measurements of the equivalent conductivity in cylindrical boundaries of two silicone oils were made. The critical value of the temperature difference and the contribution of the convective process to the transmission of heat were determined.

Supramolecular Gold Metallogelators: The Key Role of Metallophilic Interactions

Gold metallogelators is an emerging area of research. The number of results published in the literature is still scarce. The majority of these gels is observed in organic solvents, and the potential applications are still to be explored. In this work, we present an overview about gold metallogelators divided in two different groups depending on the type of solvent used in the gelation process (organogelators and hydrogelators). A careful analysis of the data shows that aurophilic interactions are a common motif directly involved in gelation involving Au(I) complexes. There are also some Au(III) derivatives able to produce gels but in this case the organic ligands determine the aggregation process. A last section is included about the potential applications that have been reported until now with this new and amazing class of supramolecular assemblies.

Phase behavior and rheological analysis of reverse liquid crystals and W/I2, W/H2 gel emulsions using an amphiphilic block copolymer.

This article reports the phase behavior determi- nation of a system forming reverse liquid crystals and the formation of novel disperse systems in the two-phase region. The studied system is formed by water, cyclohexane, and Pluronic L-121, an amphiphilic block copolymer considered of special interest due to its aggregation and structural proper- ties. This system forms reverse cubic (I2) and reverse hexagonal (H2) phases at high polymer concentrations. These reverse phases are of particular interest since in the two-phase region, stable high internal phase reverse emulsions can be formed. The characterization of the I2 and H2 phases and of the derived gel emulsions was performed with small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheometry, and the influence of temperature and water content was studied. TheH2 phase experimented a thermal transition to an I2 phase when temperature was increased, which presented an Fd3m structure. All samples showed a strong shear thinning behavior from low shear rates. The elasticmodulus (G0) in the I2 phase was around 1 order of magnitude higher than in theH2 phase. G0 was predominantly higher than the viscousmodulus (G00). In the gel emulsions,G0 was nearly frequency-independent, indicating their gel type nature. Contrarily to water-in-oil (W/O) normal emulsions, in W/I2 and W/H2 gel emulsions, G0, the complex viscosity (|η*|), and the yield stress (τ0) decreased with increasing water content, since the highly viscous microstructure of the con- tinuous phase was responsible for the high viscosity and elastic behavior of the emulsions, instead of the volumefraction of dispersed phase and droplet size. A rheological analysis, in which the cooperative flow theory, the soft glass rheology model, and the slip plane model were analyzed and compared, was performed to obtain one single model that could describe the non-Maxwellian behavior of both reverse phases and highly concentrated emulsions and to characterize their microstructure with the rheological properties.