The use of micro-XRD for the study of glaze color decorations

The compounds responsible for the colours and decorations in glass and glazed ceramics include: colouring agents (transition metal ions), pigments (micro-and nano-precipitates of compounds that either do not dissolve or recrystallize in the glassy matrix) and opacifiers (microcrystalline compounds with high light scattering capability). Their composition, structure and range of stability are highly dependent not only on the composition but also on the procedures followed to obtain them. Chemical composition of the colorants and crystallites may be obtained by means of SEM-EDX and WDX. Synchrotron Radiation micro-X-ray Diffraction has a small beam size adequate (10 to 50 microns footprint size) to obtain the structural information of crystalline compounds and high brilliance, optimal for determining the crystallites even when present in low amounts. In addition, in glass decorations the crystallites often appear forming thin layers (from 10 to 100 micrometers thick) and they show a depth dependent composition and crystal structure. Their nature and distribution across the glass/glazes decorations gives direct information on the technology of production and stability and may be related to the color and appearance. A selection of glass and glaze coloring agents and decorations are studied by means of SR-micro- XRD and SEM-EDX including: manganese brown, antimony yellow, red copper lusters and cobalt blue. The selection includes Medieval (Islamic, and Hispano Moresque) and renaissance tin glazed ceramics from the 10th to the 17th century AD.

Una arqueometria del canvi tecnològic: producció i consum d'àmfores durant el canvi d'era en la zona nord de la costa catalana

L’objectiu de la recerca és definir un marc teòric i metodològic per a l’estudi del canvi tecnològic en Arqueologia. Aquest model posa èmfasi en caracteritzar els compromisos que configuren una tecnologia i avaluar-los en funció dels factors de situació —tècnics, econòmics, polítics, socials i ideològics. S’ha aplicat aquest model a un cas d’estudi concret: la producció d’àmfores romanes durant el canvi d’Era en la província Tarraconensis. L’estudi tecnològic dels envasos s’ha realitzat mitjançant diverses tècniques analítiques: Fluorescència de raigs X (FRX), Difracció de raigs X (DRX), Microscòpia òptica (MO) i Microscòpia electrònica de rastreig (MER). Les dades obtingudes permeten, a més, establir els grups de referència per a cada centre productor d’àmfores i, així, identificar la provinença dels individus recuperats en els centres consumidors. Donat que les àmfores en estudi són artefactes dissenyats específicament per a ser estibats en una nau i servir com a envàs de transport, l’estudi inclou la caracterització de les propietats mecàniques de resistència a la fractura i de tenacitat. En aquest sentit, i per primera vegada, s’ha aplicat l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF) per a conèixer el comportament dels diferents dissenys d’àmfora en ésser sotmesos a diverses forces d’ús. L’AEF permet simular per ordinador les activitats en què les àmfores haurien participat durant el seu ús i avaluar-ne el seu comportament tècnic. Els resultats mostren una gran adequació entre les formulacions teòriques i el programa analític implementat per a aquest estudi. Respecte el cas d’estudi, els resultats mostren una gran variabilitat en les eleccions tecnològiques preses pels ceramistes de diferents tallers, però també al llarg del període de funcionament d’un mateix taller. L’aplicació del model ha permès proposar una explicació al canvi de disseny de les àmfores romanes.

Síntesi i estudi de les propietats de fotoluminescència de nanoestructures de sulfur de cadmi

S’han sintetitzat estructures de CdS a partir de sílice mesoporosa (SBA-15, SBA-16 i KIT-6) pel mètode del motlle rígid i s’han caracteritzat mitjançant TEM i XRD, i se n’han estudiat les seves propietats de fotoluminescència mitjançant CSLM. Els resultats obtinguts s’han comparat amb una mostra de CdS comercial. El CdS SBA-15 ha conservat l’estructura mesoporosa del motlle, mentre que en els altres dos casos s’ha mantingut només de manera parcial. Per a totes les mostres, la mida de partícula es troba en el rang dels 3-10 nm. Pel que fa a l’estructura, s’ha detectat fase wurtzita i zinc-blenda, en diferents percentatges entre elles. La formació de wurtzita pot ser en part responsable del col·lapse parcial de la mesostructura. El pic de màxima emissió en l’espectre de fotoluminescència es desplaça entre les diferents estructures segons la mida de partícula. L’amplada del pic varia en funció del grau de dispersió de partícula, de manera que s’observa que aquesta és inferior en les mostres sintetitzades respecte de la comercial.

Desarrollo de nuevos materiales sólidos para la captura de CO2 a alta temperatura

El efecto invernadero provocado por la emisión masiva de CO2 derivado de la combustión de derivados fósiles, entre otros, está provocando serios problemas ambientales que afectan a ecosistemas de todo el planeta. Para reducir las emisiones se emplea la ciencia para diseñar nuevos métodos para capturar CO2 proveniente de la industria, transporte, energía, etc., y así causar el mínimo impacto ambiental posible hasta que dispongamos de la tecnología suficiente para abastecer la demanda energética por fuentes renovables. Entre las distintas tecnologías existentes, el trabajo pretende desarrollar un material sintético basado en calcio para captura Post-Combustión de CO2 en condiciones de presión atmosférica y alta temperatura (750 ºC) para la principal aplicación en centrales termoeléctricas. El material ha sido sintetizado por duplicado aplicando una caracterización de área superficial BET, microestructura con MEB, detección de fases con XRD y finalmente un estudio de la captura de CO2 con microbalanza de suspensión magnética. También es objetivo del trabajo estudiar el comportamiento de captura del material cuando existe la presencia de agua y/o SO2 éste normalmente presente en los gases de salida procedentes de la combustión de combustibles fósiles, tal como carbón, petróleo o gas natural. De nuevo las técnicas mencionadas han sido utilizadas para el estudio del comportamiento de captura. El material, tiene una captura de CO2 superior a otros materiales utilizados con el mismo fin. Se comporta mejor en presencia de agua y se anula la capacidad de captura por la formación de CaSO4, si en el flujo de gases está presente SO2 en una concentración mínima del 0,95%. Finalmente se realiza una breve mención sobre el posible impacto ambiental de la implantación del material así como un pequeño análisis de costes asociados a la utilización del mismo en comparación con otro material utilizado actualmente.

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.

Hemilabile phosphine ligands in molybdenum and tungsten octahedral environments

The synthesis of three bidentate, hemilabile phosphine ligands, newly synthesized in the research group (TPOdiphos, DPPrPOdiphos and SODPdiphos), has been up-scaled and optimized. The ligand substitution reaction on Mo(CO)6 and W(CO)6 has been studied and the corresponding complexes fac-[MTPOdiphos(CO)3], fac-[MDPPrPOdiphos(CO)3], and fac-[MSODPdiphos(CO)3], (M= Mo, W) have been isolated in good yields and characterized by NMR, IR and HR MS. In the case of fac- [MoTPOdiphos(CO)3] the XRD crystal structure was resolved. The complexes were found to be octahedral, neutral molecules, with the metal in the zero oxidation state and the ligand adopting a facial P,P,O-coordination. The hard ligand atom (oxygen) is expected to exhibit special features the future applications of these novel ligands.

Síntesis, caracterización y ensayos cinéticos del nanocomposite RuO2/TiO2/MWCNT/Pt en la producción fotocatalítica de combustibles solares bajo iluminación UV y VIS

Se prepararon partículas de nanocomposites basados en TiO2 y nanotubos de carbono multicapa platinizados para la obtención de combustibles solares. Se evaluó la actividad fotocatalítica del material en la producción de hidrógeno, en procesos de degradación de ácido fórmico, y en la obtención de hidrocarburos a partir de la reducción de CO2 en agua. Los nanocomposites fueron sintetizados por medio de la técnica sol-gel. Se estudió el efecto de la proporción y el diámetro de los nanotubos de carbono en la actividad del material bajo iluminación ultravioleta y visible. Se estudió el efecto de la adición de RuO2 (0,5% wt.) en la actividad bajo iluminación visible. Los materiales fueron caracterizados por ATR, XRD, BET, HRTEM y SEM. Se obtuvieron sólidos macroporosos, con contenido de fase anatasa superior al 99% y tamaño cristalino comprendido entre 15 y 21 nm. Los resultados cinéticos mostraron una producción óptima de hidrógeno para el composite TiO2/(5wt.%)MWCNT/Pt(60-80 nm), con eficiencia cuántica y eficiencia energética de 1,27% y 0,27%, respectivamente. En el caso de radiación visible, la producción de hidrógeno fue nula para los composites TiO2/MWCNT/Pt, mientras que para el sistema RuO2/TiO2/MWCNT/Pt se observó que la adicción de MWCNT inhibía la actividad fotocatalítica del composite RuO2/TiO2 en la región del visible. Por otra parte, en los ensayos de reducción de CO2 no se detectó ningún producto de reacción.

Preparation and properties of starch-based biopolymers modified with difunctional isocyanates

The present work reports on the preparation of thermoplastic starch (TPS) modified in situ with a diisocyanate derivative. Evidence of the condensation reaction between the hydroxyl groups of starch and glycerol with the isocyanate function (NCO) was confirmed by FTIR analysis. The evolution of the properties of the ensuing TPS, in term of mechanical properties, microstructure, and water sensitivity, was investigated using tensile mechanical, dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), X-ray diffraction (XRD), and water uptake. The results showed that the addition of isocyanate did not affect the crystallinity of the TPS and slightly reduced the water uptake of the material. The evolution of the mechanical properties with ageing became less pronounced by the addition of the isocyanate as their amount exceeded 4 to 6wt%.

Nanosized Nb-TiO2 gas sensors derived from alkoxides hydrolization

Nanocrystalline TiO2 modified with Nb has been produced through the sol-gel technique. Nanopowders have been obtained by means of the hydrolysis of pure alkoxides with deionized water and peptization of the resulting hydrolysate with diluted acid nitric at 100 C. The addition of Nb stabilizes the anatase phase to higher temperatures. XRD spectra of the undoped and the Nb-doped samples show that the undoped sample has been almost totally converted to rutile at 600 C, meanwhile the doped samples present still a low percentage of rutile phase. Nanocrystalline powders stabilized at 600 C with grain sizes of about 17 nm have successfully been synthesized by the addition of Nb with a concentration of 2% at., which appears to be an adequate additive concentration to improve the gas sensor performances, such as it is suggested by the catalytic conversion efficiency experiments performed from FTIR measurements. FTIR absorbance spectra show that catalytic conversion of CO occurs at lower temperatures when niobium is introduced. The electrical response of the films to different concentrations of CO and ethanol has been monitored in dry and wet environments in order to test the influence of humidity in the sensor response. The addition of Nb decreases the working temperature and increases the stability of the layers. Also, large enhancement of the response time is obtained even with lower working temperatures. Moreover, humidity effects on the gas sensor response toward CO and ethanol are less important in Nb-doped samples than in the undoped ones.

Analysis of S-rich CuIn(S,Se)2 layers for photovoltaic applications: Influence of the sulfurization temperature on the crystalline properties of electrodeposited and sulfurized CuInSe2 precursors

This paper reports the microstructural analysis of S-rich CuIn(S,Se)2 layers produced by electrodeposition of CuInSe2 precursors and annealing under sulfurizing conditions as a function of the temperature of sulfurization. The characterization of the layers by Raman scattering, scanning electron microscopy, Auger electron spectroscopy, and XRD techniques has allowed observation of the strong dependence of the crystalline quality of these layers on the sulfurization temperature: Higher sulfurization temperatures lead to films with improved crystallinity, larger average grain size, and lower density of structural defects. However, it also favors the formation of a thicker MoS2 interphase layer between the CuInS2 absorber layer and the Mo back contact. Decreasing the temperature of sulfurization leads to a significant decrease in the thickness of this intermediate layer and is also accompanied by significant changes in the composition of the interface region between the absorber and the MoS2 layer, which becomes Cu rich. The characterization of devices fabricated with these absorbers corroborates the significant impact of all these features on device parameters as the open circuit voltage and fill factor that determine the efficiency of the solar cells.

Nanosized Nb-TiO2 gas sensors derived from alkoxides hydrolization

Nanocrystalline TiO2 modified with Nb has been produced through the sol-gel technique. Nanopowders have been obtained by means of the hydrolysis of pure alkoxides with deionized water and peptization of the resulting hydrolysate with diluted acid nitric at 100 C. The addition of Nb stabilizes the anatase phase to higher temperatures. XRD spectra of the undoped and the Nb-doped samples show that the undoped sample has been almost totally converted to rutile at 600 C, meanwhile the doped samples present still a low percentage of rutile phase. Nanocrystalline powders stabilized at 600 C with grain sizes of about 17 nm have successfully been synthesized by the addition of Nb with a concentration of 2% at., which appears to be an adequate additive concentration to improve the gas sensor performances, such as it is suggested by the catalytic conversion efficiency experiments performed from FTIR measurements. FTIR absorbance spectra show that catalytic conversion of CO occurs at lower temperatures when niobium is introduced. The electrical response of the films to different concentrations of CO and ethanol has been monitored in dry and wet environments in order to test the influence of humidity in the sensor response. The addition of Nb decreases the working temperature and increases the stability of the layers. Also, large enhancement of the response time is obtained even with lower working temperatures. Moreover, humidity effects on the gas sensor response toward CO and ethanol are less important in Nb-doped samples than in the undoped ones.

Epitaxial growth of Y-doped SrZrO3 films on MgO by pulsed laser deposition

Epitaxial thin films of Y¿doped SrZrO3 have been grown on MgO(001) by pulsed laser deposition. The deposition process has been performed at temperatures of 1000¿1200¿°C and at an oxygen pressure of 1.5×10¿1 mbar. The samples are characterized by Rutherford backscattering spectrometry/channeling (RBS/C) and x¿ray diffraction (XRD). We found an epitaxial relationship of SrZrO3 (0k0) [101]¿MgO (001) [100]. Good crystalline quality is confirmed by RBS/C minimum yield values of 9% and a FWHM of 0.35° of the XRD rocking curve.

Chemical variability in clays and pottery from a traditional cooking pot production village: Testing assumptions in Pereruela

This paper explores analytically the contemporary pottery-making community of Pereruela (north-west Spain) that produces cooking pots from a mixture of red clay and kaolin. Analyses by different techniques (XRF, NAA, XRD, SEM and petrography) showed an extremely high variability for cooking ware pottery produced in a single production centre, by the same technology and using local clays. The main source of chemical variation is related to the use of different red clays and the presence of non-normally distributed inclusions of monazite. These two factors induce a high chemical variability, not only in the output of a single production centre, but even in the paste of a single pot, to an extent to which chemical compositions from one"workshop", or even one"pot", could be classified as having different provenances. The implications for the chemical characterization and for provenance studies of archaeological ceramics are addressed.

The glasses of the transept's rosette of the Cathedral of Tarragona: characterization, classification and decay.

The glasses of the rosette forming the main window of the transept of the Gothic Cathedral of Tarragona have been characterised by means of SEM/EDS, XRD, FTIR and electronic microprobe. The multivariate statistical treatment of these data allow to establish a classification of the samples forming groups having an historical significance and reflecting ancient restorations. Furthermore, the decay patterns and mechanisms have been determined and the weathering by-products characterised. It has been demonstrated a clear influence of the bioactivity in the decay of these glasses, which activity is partially controlled by the chemical composition of the glasses.

The glasses of the transept's rosette of the Cathedral of Tarragona: characterization, classification and decay.

The glasses of the rosette forming the main window of the transept of the Gothic Cathedral of Tarragona have been characterised by means of SEM/EDS, XRD, FTIR and electronic microprobe. The multivariate statistical treatment of these data allow to establish a classification of the samples forming groups having an historical significance and reflecting ancient restorations. Furthermore, the decay patterns and mechanisms have been determined and the weathering by-products characterised. It has been demonstrated a clear influence of the bioactivity in the decay of these glasses, which activity is partially controlled by the chemical composition of the glasses.