Caracterización y optimización de estructuras biofotónicas y técnicas avanzadas de interrogación para desarrollo de biosensores ópticos

El núcleo fundamental de esta tesis doctoral es un modelo teórico de la interacción de la luz con un tipo particular de biosensor óptico. Este biosensor se compone de dos regiones: en la región inferior puede haber capas de materiales con diferentes espesores y propiedades ópticas, apiladas horizontalmente; en la zona superior, sobre la que incide directamente el haz de luz, puede haber estructuras que hacen que las propiedades ópticas cambien tanto en el plano horizontal como en la dirección vertical. Estos biosensores responden ópticamente de forma diferente al ser iluminados dependiendo de que su superficie externa esté, en mayor o menor medida, recubierta con diferentes tipos de material biológico. En esta tesis se define un modelo analítico aproximado que permite simular la respuesta óptica de biosensores con estructuras en su región más externa. Una vez comprobada la validez práctica del modelo mediante comparación con medidas experimentales, éste se utiliza en el diseño de biosensores de rendimiento óptimo y en la definición de nuevas técnicas de interrogación óptica. En particular, el sistema de transducción IROP (Increased Relative Optical Power), basado en el efecto que produce la presencia de material biológico, en la potencia total reflejada por la celda biosensora en determinados intervalos espectrales, es uno de los sistemas que ha sido patentado y es objeto de desarrollo por la empresa de base tecnológica BIOD [www.biod.es/], estando ya disponibles en este momento varios dispositivos de diagnóstico basados en esta idea. Los dispositivos basados en este sistema de transducción han demostrado su eficiencia en la detección de proteínas y agentes infecciosos como los rotavirus y el virus del dengue. Finalmente, el modelo teórico desarrollado se utiliza para caracterizar las propiedades ópticas de algunos de los materiales de los que se fabrican los biosensores, así como las de las capas de material biológico formadas en las diferentes fases de un inmunoensayo. Los parámetros ópticos de las capas mencionadas se obtienen mediante el método general de ajuste por mínimos cuadrados a las curvas experimentales obtenidas en los inmunoensayos. ABSTRACT The core of this thesis is the theoretical modeling of the interaction of light with a particular type of optical biosensor. This biosensor consists of two parts: in the lower region may have layers of materials with different thicknesses and optical properties, stacked horizontally; at the top, on which directly affects the light beam, there may be structures that make optical properties change in both, the horizontal and in the vertical direction. These biosensors optically respond differently when illuminated depending on its external surface is greater or lesser extent, coated with different types of biological material. In this thesis an approximate analytical model to simulate the optical response of biosensors with structures in its outer region is defined. After verifying the practical validity of the model by comparison with experimental measurements, it is used in the design of biosensors with optimal performance and the definition of new optical interrogation techniques. In particular, the transduction system IROP (Increased Relative Optical Power) based on the effect of the presence of biological material in the total power reflected from the biosensor cell in certain spectral ranges, has been patented and is under development by the startup company BIOD [www.biod.es/], being already available at this time, several diagnostic devices based on this idea. Devices based on this transduction system have proven their efficiency in detecting proteins and infectious agents such as rotavirus and virus of dengue. Finally, the developed theoretical model is used to characterize the optical properties of some of the materials from which biosensors are fabricated, as well as the optical properties of the biological material layers formed at different stages of an immunoassay. The optical parameters of the layers above are obtained by the general method of least squares fit to the experimental curves obtained in immunoassays.

Funcionalización de superficies metálicas mediante procesos láser

El presente trabajo tiene dos objetivos diferenciados. El primero de ellos tiene un punto de vista más ingenieril que es el de obtener una gama cromática extensa y parametrizar los colores para su reproducción en aplicaciones industriales. El segundo, desarrollar y proponer un modelo numérico óptico de interferencia en láminas delgadas que describa y relacione el espesor de la capa de óxido obtenida por marcado láser con el color obtenido en la superficie procesada. Para desarrollar ambos estudios ha sido necesaria una extensa búsqueda bibliográfica para comprender el proceso de formación de la capa de óxido y los compuestos que se generaban en la misma. Como objetivo para la gama cromática se buscaba obtener un total de doce colores. No se han obtenido dos de los colores primarios considerados pero sí una extensa gama de colores intermedios, muy superior en número objetivo, que evidencian el potencial que tiene el procesado láser para la obtención de colores en la superficie de acero inoxidable. Para conseguir obtener la gama cromática ha sido necesaria la realización de ensayos para parametrizar el haz láser. Se ha estudiado la estabilidad de la potencia media de pulso, se ha calculado indirectamente la cintura del haz y se ha medido el tamaño del spot láser a distintas cotas respecto del plano focal. El modelo óptico de interferencia en capa delgada ha sido comparado con un ensayo en el que se midieron las reflectancias en muestras de acero procesadas con láser. Este ensayo ha permitido dilucidar que la composición de la capa de óxido introducida en el modelo que más se aproxima a los resultados, entre las tres composiciones consideradas, se compone de un 50% de cromita y 50% de magnetita, considerando una relación lineal y directamente proporcional entre la proporción de los mismos y sus propiedades ópticas. A nivel cualitativo, se pueden relacionar los colores encontrados en los aceros con el modelo óptico en función de las reflectancias predominantes para cada espesor de capa de óxido de forma que exista una relación directa entre tamaño de la capa de óxido y densidad de energía depositada en la muestra. Aunque ajustar y validar un modelo óptico está fuera del alcance del proyecto, el resultado anterior permite justificar y afirmar que el fenómeno de interferencia óptica está presente entre los fenómenos que generan el color en la superficie del acero tras procesado láser. También se comprueba en el trabajo, a través de un ensayo que mide la rugosidad superficial de las muestras obtenidas, que la rugosidad es un parámetro que afecta en gran medida al resultado que se obtiene tras el procesado láser. El presente trabajo tiene un gran interés industrial. El marcado láser presenta una gran versatilidad por las distintas aplicaciones en las que puede emplearse. Es muy utilizado para crear métodos de identificación por su flexibilidad y rapidez y su carácter indeleble, económico y prácticamente ausente de mantenimiento. La alta inversión inicial es rentable para grandes niveles de producción por su velocidad de producción, repetitividad y facilidad de automatización. Puede ejercer una influencia importante en el control del stocks y en el seguimiento del ciclo de vida del producto. La amplia gama cromática obtenida en este trabajo amplía las posibilidades de este proceso en la práctica industrial y, por tanto, su valor como proceso.

Diseño y síntesis de semiconductores orgánicos con capacidad de organización, alta movilidad de portadores de carga y bajo band gap

Desde hace ya algunos años la búsqueda de energías alternativas a los combustibles fósiles es uno de los grandes retos a nivel mundial. Según los datos de la Agencia Estadounidense de Información sobre la Energía (EIA), el consumo energético en el mundo fue de 18 TW en 2015 y se espera que este consumo se dispare hasta alcanzar los 25 TW en 2035 y los 30 TW en 2050. Parece, por tanto, necesario dar respuesta a esta demanda creciente, y no solo considerar de dónde va a proceder esta energía sino también cuáles van a ser las consecuencias derivadas de este aumento en el consumo energético. Ya en el año 2007 la Academia Sueca reconoció, con la concesión del Premio Nobel de la Paz al ex vicepresidente de Estados Unidos Al Gore y al Grupo Intergubernamental de expertos sobre Cambio Climático (IPCC) de Naciones Unidas, la necesidad de concienciación de que el modelo de desarrollo que tenemos es ecológicamente insostenible. En este contexto, las energías renovables en general y, la energía solar en particular, tienen mucho que ofrecer. Una de las mayores ventajas de la energía solar respecto a las otras fuentes de energía es su enorme potencial, que los investigadores que trabajan en este campo resumen con la siguiente afirmación: la cantidad de energía solar que la Tierra recibe en una hora es mayor que el consumo mundial en el planeta durante todo un año. Al hablar de energía solar se suele distinguir entre energía solar térmica y energía solar fotovoltaica; la primera consiste en aprovechar la energía del sol para convertirla en calor, mientras que la segunda pretende transformar la radiación solar en electricidad por medio de unos dispositivos llamados células fotovoltaicas. Y es precisamente en este campo donde se centra este proyecto. El fundamento científico en el que se basan las células fotovoltaicas es el efecto fotoeléctrico, descubierto por Becquerel en 1839. No obstante, tendrían que pasar más de cien años hasta que investigadores de los laboratorios Bell en 1954 desarrollaran una célula de silicio monocristalino con un rendimiento del 6%. Y en 1958, con el lanzamiento del satélite Vangard I equipado con paneles solares se pudo demostrar la viabilidad de esta tecnología. Desde entonces, la investigación en esta área ha permitido desarrollar dispositivos con eficiencias superiores al 20%. No obstante, la fotovoltaica tradicional basada en elementos semiconductores tipo silicio presenta algunos inconvenientes como el impacto visual de los parques solares, los costes elevados o los rendimientos no muy altos. El descubrimiento de materiales orgánicos semiconductores, reconocido con el Premio Nobel de Química a Heeger, MacDiarmid y Shirakawa en 1976, ha permitido ampliar el campo de la fotovoltaica, ofreciendo la posibilidad de desarrollar células solares orgánicas frente a las células tradicionales inorgánicas. Las células fotovoltaicas orgánicas resultan atractivas ya que, en principio, presentan ventajas como reducción de costes y facilidad de procesado: los materiales orgánicos se pueden elaborar mediante procesos de impresión y recubrimiento de alta velocidad, aerosoles o impresión por inyección y se podrían aplicar como una pintura sobre superficies, tejados o edificios. La transformación de la energía solar en corriente eléctrica es un proceso que transcurre en varias etapas: 1. Absorción del fotón por parte del material orgánico. 2. Formación de un excitón (par electrón-hueco), donde el electrón, al absorber el fotón, es promovido a un nivel energético superior dejando un hueco en el nivel energético en el que se encontraba inicialmente. 3. Difusión del excitón, siendo muy decisiva la morfología del dispositivo. 4. Disociación del excitón y transporte de cargas, lo que requiere movilidades altas de los portadores de cargas. 5. Recolección de cargas en los electrodos. En el diseño de las células solares orgánicas, análogamente a los semiconductores tipo p y tipo n inorgánicos, se suelen combinar dos tipos de materiales orgánicos: un material orgánico denominado dador, que absorbe el fotón y que a continuación deberá ceder el electrón a un segundo material orgánico, denominado aceptor. Para que la célula resulte eficaz es necesario que se cumplan simultáneamente varios requisitos: 1. La energía del fotón incidente debe ser superior a la diferencia de energía entre los orbitales frontera del material orgánico, el HOMO (orbital molecular ocupado de más alta energía) y el LUMO (orbital desocupado de menor energía). Para ello, se necesitan materiales orgánicos semiconductores que presenten una diferencia de energía entre los orbitales frontera (ELUMO-EHOMO= band gap) menor de 2 eV. Materiales orgánicos con estas características son los polímeros conjugados, donde alternan dobles enlaces carbono-carbono con enlaces sencillos carbono-carbono. Uno de los polímeros orgánicos más utilizados como material dador es el P3HT (poli-3-hexiltiofeno). 2. Tanto el material orgánico aceptor como el material orgánico dador deben presentar movilidades altas para los portadores de carga, ya sean electrones o huecos. Este es uno de los campos en los que los materiales orgánicos se encuentran en clara desventaja frente a los materiales inorgánicos: la movilidad de electrones en el silicio monocristalino es 1500 cm2V-1s-1 y en el politiofeno tan solo 10-5 cm2V-1s-1. La movilidad de los portadores de carga aparece muy relacionada con la estructura del material, cuanto más cristalino sea el material, es decir, cuanto mayor sea su grado de organización, mejor será la movilidad. Este proyecto se centra en la búsqueda de materiales orgánicos que puedan funcionar como dadores en el dispositivo fotovoltaico. Y en lugar de centrarse en materiales de tipo polimérico, se ha preferido explorar otra vía: materiales orgánicos semiconductores pero con estructura de moléculas pequeñas. Hay varias razones para intentar sustituir los materiales poliméricos por moléculas pequeñas como, por ejemplo, la difícil reproducibilidad de resultados que se encuentra con los materiales poliméricos y su baja cristalinidad, en general. Entre las moléculas orgánicas sencillas que pudieran ser utilizadas como el material dador en una célula fotovoltaica orgánica llama la atención el atractivo de las moléculas de epindolidiona y quinacridona. En los dos casos se trata de moléculas planas, con enlaces conjugados y que presentan anillos condensados, cuatro en el caso de la epindolidiona y cinco en el caso de la quinacridona. Además ambos compuestos aparecen doblemente funcionalizados con grupos dadores de enlace de hidrógeno (NH) y aceptores (grupos carbonilo C=O). Por su estructura, estas moléculas podrían organizarse tanto en el plano, mediante la formación de varios enlaces de hidrógeno intermoleculares, como en apilamientos verticales tipo columnar, por las interacciones entre las superficies de los anillos aromáticos que forman parte de su estructura (tres en el caso de la quinacridona) y dos (en el caso de la epindolidiona). Esta organización debería traducirse en una mayor movilidad de portadores de carga, cumpliendo así con uno de los requisitos de un material orgánico para su aplicación en fotovoltaica. De estas dos moléculas, en este trabajo se profundiza en las moléculas tipo quinacridona, ya que el desarrollo de las moléculas tipo epindolidiona se llevó a cabo en un proyecto de investigación financiado por una beca Repsol y concedida a Guillermo Menéndez, alumno del Grado en Tecnologías Industriales de esta escuela. La quinacridona es uno de los pigmentos más utilizados y se estima que la venta anual de los mismos alcanza las 4.000 toneladas por año. Son compuestos muy estables tanto desde el punto de vista térmico como fotoquímico y su síntesis no resulta excesivamente compleja. Son además compuestos no tóxicos y la legislación autoriza su empleo en cosméticos y juguetes para niños. El inconveniente principal de la quinacridona es su elevada insolubilidad (soluble en ácido sulfúrico concentrado), por lo que aunque resulta un material muy atractivo para su aplicación en fotovoltaica, resulta difícil su implementación. De hecho, solo es posible su incorporación en dispositivos fotovoltaicos funcionalizando la quinacridona con algún grupo lábil que le proporcione la suficiente solubilidad para poder ser aplicado y posteriormente eliminar dicho grupo lábil. La propuesta inicial de este proyecto es intentar desarrollar quinacridonas que sean solubles en los disolventes orgánicos más habituales tipo cloruro de metileno o cloroformo, para de este modo poder cumplir con una de las ventajas que, a priori, ofrecen las células fotovoltaicas orgánicas frente a las inorgánicas, como es la facilidad de su procesado. El objetivo se centra, por lo tanto, en la preparación de quinacridonas solubles pero sin renunciar a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno ni a su capacidad de apilamiento π-π, ya que se quiere mantener los valores de movilidad de portadores para la quinacridona (movilidad de huecos 0,2 cm2V-1s-1). En primer lugar se intenta la preparación de una quinacridona que presenta la ventaja de que los materiales de partida para su síntesis son comerciales: a partir del succinato de dimetilo y de 4-tetradecilanilina se podía acceder, en una síntesis de cuatro etapas, a la molécula deseada. La elección de la amina aromática con la sustitución en posición 4 presenta la ventaja de que en la etapa de doble ciclación necesaria en la síntesis, solo se forma uno de los regioisómeros posibles; este hecho es de gran relevancia para conseguir compuestos con altas movilidades, ya que la presencia de mezcla de regioisómeros, como se ha demostrado con otros compuestos como el P3HT, reduce considerablemente la movilidad de los portadores. Se obtiene así una quinacridona funcionalizada con dos cadenas lineales de 14 carbonos cada una en posiciones simétricas sobre los anillos aromáticos de los extremos. Se espera que la presencia de la superficie aromática plana y las dos cadenas lineales largas pueda conducir a una organización del material similar a la de un cristal líquido discótico. Sin embargo, el producto obtenido resulta ser tremendamente insoluble, no siendo suficiente las dos cadenas de 14 carbonos para aumentar su solubilidad respecto a la quinacridona sin funcionalizar. Se prepara entonces un derivado de esta quinacridona por alquilación de los nitrógenos. Este derivado, incapaz de formar enlaces de hidrógeno, resulta ser fácilmente soluble lo que proporciona una idea de la importancia de los enlaces de hidrógeno en la organización del compuesto. La idea inicial es conseguir, con una síntesis lo más sencilla posible, una quinacridona soluble, por lo que se decide utilizar la 4-t-butilanilina, también comercial, en lugar de la 4-tetradecilanilina. La cadena de t-butilo solo aporta cuatro átomos de carbono, pero su disposición (tres grupos metilo sobre un mismo átomo de carbono) suele conducir a resultados muy buenos en términos de solubilidad. Otra vez, la incorporación de los dos grupos t-butilo resulta insuficiente en términos de solubilidad del material. En estos momentos, y antes de explorar otro tipo de modificaciones sobre el esqueleto de quinacridona, en principio más complejos, se piensa en utilizar una amina aromática funcionalizada en la posición adyacente a la amina, de manera que el grupo funcional cumpliera una doble misión: por una parte, proporcionar solubilidad y por otra parte, perturbar ligeramente la formación de enlaces de hidrógeno, que han evidenciado ser una de las causas fundamentales para la insolubilidad del compuesto. Se realiza un análisis sobre cuáles podrían ser los grupos funcionales más idóneos en esta posición, valorando dos aspectos: el impedimento estérico que dificultaría la formación de enlaces de hidrógeno y la facilidad en su preparación. Ello conduce a optar por un grupo tioéter como candidato, ya que el 2-aminobencenotiol es un compuesto comercial y su adecuada funcionalización conduciría a una anilina con las propiedades deseadas. Se realiza simultáneamente la preparación de una quinacridona con una cadena de 18 átomos de carbono y otra quinacridona de cadena corta pero ramificada. Y finalmente, con estas quinacridonas se logra obtener compuestos solubles. Por último, se realiza el estudio de sus propiedades ópticas, mediante espectroscopia UV-Visible y fluorescencia, y se determinan experimentalmente los band gap, que se aproximan bastante a los resultados teóricos, en torno a 2,2 eV en disolución. No obstante, y aun cuando el band gap pueda parecer algo elevado, se sabe que en disolución las barreras energéticas son más elevadas que cuando el material se deposita en film. Por otra parte, todas las quinacridonas sintetizadas han demostrado una elevada estabilidad térmica. Como resumen final, el trabajo que aquí se presenta, ha permitido desarrollar una ruta sintética hacia derivados de quinacridona solubles con buenas perspectivas para su aplicación en dispositivos fotovoltaicos.

Buscando la correlación instrumental y visual óptima para colores goniocromáticos mediante cabinas de iluminación y multi-gonio-espectrofotómetros

En la búsqueda de la modelización y cuantificación óptimas de la correlación instrumental y visual de materiales goniocromáticos (pinturas y plásticos, principalmente) en los procesos de control de calidad típicos del sector automovilístico, se presenta aquí una comparación de las prestaciones de diversos tipos actuales de instrumentos de medida del color y cabinas de iluminación. Los multi-gonioespectrofotómetros analizados fueron: Datacolor FX10®, X-Rite MA98® y BYK-mac®, y, las cabinas de iluminación direccional: gonio-vision-box® y byko-spectra effect®. Las propiedades ópticas, básicamente fotométricas y colorimétricas, evaluadas fueron: geometrías de medida, fuente de luz, distancia de observación y dirección visual a la muestra. Los resultados aportados mostraron que actualmente dicha correlación instrumental y visual no es óptima debido a desajustes en las cabinas.

Desarrollo de Cu₃SbSe₄ en película delgada con potencial aplicación en celdas solares

Propósito y Método de Estudio: Debido al incremento de la contaminación ambiental y el agotamiento de combustibles fósiles, generados a partir de la producción de energía eléctrica, se han investigado fuentes de energía alterna, tal como la energía solar, que sean amigables con el medio ambiente y ofrezcan un enorme potencial para satisfacer las futuras demandas energéticas. Actualmente, existe una búsqueda constante de nuevos materiales semiconductores que puedan ser utilizados dentro de una celda solar, a partir de métodos prácticos y que no afecten al ambiente. Por lo tanto, en el presente trabajo se investigó el desarrollo de películas delgadas de Cu3SbSe4 por medio de la técnica de depósito por baño químico (CBD) para su potencial aplicación en celdas solares. Contribuciones y Conclusiones: En este trabajo se obtuvieron películas delgadas conformadas por la fase ternaria Cu3SbSe4 y fases secundarias Cu3SbS4 y selenio elemental a partir de la técnica de depósito por baño químico. Se evaluaron las propiedades ópticas y eléctricas de las películas delgadas obtenidas, las cuales exhibieron valores de Eg de 1.63, 1.57, 1.62 eV y conductividades de 3.92, 7.20, 3.25 (Ω•cm)-1, respectivamente. Además, se determinó su tipo de conductividad, el cual resultó en un semiconductor tipo p. Esto indicó que el material tiene perspectiva de aplicación en celdas solares.

Síntesis y caracterización de películas delgadas del sistema CuₓSnᵧSz

Recientemente, debido al alto consumo energético, la investigación de nuevos materiales semiconductores de bajo costo y no tóxicos para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos ha sido de gran interés. En el presente proyecto se sintetizaron y caracterizaron películas delgadas de Cu2SnS3 y Cu4SnS4, obtenidas mediante la combinación de las técnicas de depósito por baño químico y evaporación térmica. Se obtuvieron películas delgadas de SnS de estructura ortorrómbica de 350 nm de espesor mediante baño químico como películas precursoras. Se depositaron capas de Cu (30, 50, 75 y 150nm) mediante evaporación térmica. Calentando las muestras de SnS con capas de Cu evaporado en presencia de azufre elemental (sulfurización) a 400 oC (10 oC/min) se promovió la formación de las fases ternarias Cu2SnS3 y Cu4SnS4. Los resultados de difracción de rayos-X indicaron que para el caso de las muestras con poca cantidad de Cu (30 nm), la fase binaria secundaria (SnS2) se forma junto con la fase ternaria Cu2SnS3-cúbica. Con 75nm de Cu (400 oC) solamente la fase ternaria Cu2SnS3-tetragonal está presente, y con 150 nm de Cu (400 ̊C) la fase secundaria se forma (Cu7S5). Al incrementar la temperatura de sulfurización a 450 ̊C para la condición de 150 nm de Cu, se obtiene la formación de la fase ternaria Cu4SnS4-ortorrómbica. Las propiedades ópticas para la fase Cu2SnS3-tetragonal con un espesor de 480 nm indicaron que esta presenta una transición óptica directa con brecha de energía en el rango 0.96 eV. La fase Cu4SnS4-ortorrómbica con un espesor de 760 nm, presentó una transición óptica indirecta con una brecha de energía alrededor de 0.5 eV. Además, ambas fases presentaron coeficientes de absorción óptica superiores a 104 cm-1 en el rango visible (1.6 - 3.3 eV). Las muestras no presentaron fotorrespuesta. La fase Cu2SnS3-tetragonal, mostró una conductividad eléctrica a temperatura ambiente de 17 Ω-1 cm-1 (tipo-p), con una movilidad de huecos de 3.62 cm2/V s y una concentración de huecos de 1019 cm-3, mientras que para la fase Cu4SnS4-ortorrómbico, la conductividad fue de 11 Ω-1 cm-1 (tipo-p), con una movilidad y concentración de huecos de 3.75 cm2/V s y 1019 cm-3, respectivamente.

Modelo para la clasificación no destructiva de fruta en grados de firmeza a partir de medidas ópticas y mecánicas. Aplicación a melocotones amarillos de carne dura.

Los melocotones objeto del estudio son amarillo de carne dura tipo pavía. Durante la campaña 1997, se analizaron muestras representativas de un número importante de variedades de melocotón que llegaban a cooperativas en la Región de Murcia y a un hipermercado de Madrid. Las variedades fueron Caterina, BabyGold, Sudanell, Vesubio y Miraflores. El número de frutos, melocotones amarillos de carne dura, fue de 224. Los ensayos que se realizaron fueron: 1-º Ensayo destructivo de estimación de firmeza por penetrometría Magness Taylor, realizado mediante punzón metálico de 8mm de diámetro, a una velocidad de 20 mm por minuto. 2-. Ensayos no destructivos: Impacto, realizado mediante el impactador del Laboratorio de Propiedades Físicas. 2.- Ensayo de deformación mediante el empleo de durómetro tipo Durofel-10. Posee un cilindro metálico que emerge 3 mm de superficie metálica y plana. Dicho cilindro se aplica perpendicularmente a la superficie del fruto; está conectado a un resorte que registra la fuerza correspondiente a la deformación máxima. Medida de reflectancia en el espectro visible desde 400 a 700 nm, mediante el uso del espectrofotómetro Minolta CM-508Í. Se consideraron las reflectancia correspondientes a 450 nm y a 680 nm, por ser las que mejor se correlacionan con la presencia de carotenoides y clorofila respectivamente. Ambos pigmentos están relacionados con el proceso de maduración, en el cual también se reblandecen los frutos.

Fabricación y caracterización de películas delgadas de óxidos transparentes con aplicaciones ópticas.

Los óxidos transparentes conductores (TCO′ s) son materiales compuestos conformados por oxígeno y un metal, que presentan una combinación única de alta estabilidad química, alta concentración electrónica y alta transparencia óptica. Por esta razón, el procesamiento de TCO′ s en película delgada va orientado hacia aplicaciones específicas tales como ventanas ópticas en celdas solares, sensores de gases, electrodos en dispositivos de pantallas planas, ventanas inteligentes. En este proyecto se trabajó en la síntesis experimental de dos TCO′ s relevantes tanto en investigación fundamental como en aplicaciones tecnológicas: el óxido de indio (In2O3) y el óxido de estaño (SnO2). Ambos TCO′ s se depositaron por la técnica de erosión iónica reactiva por corriente directa (DC). Para el análisis de las películas se utilizaron varias técnicas de caracterización: difracción de rayos X, espectroscopia UV-Visible, resistividad eléctrica, efecto Hall, así como microscopías electrónica de barrido y de fuerza atómica. Se fabricó también una bicapa de In2O3/SnO2, la cual se caracterizó además con espectroscopia de fotoemisión de rayos X (XPS).En esta tesis se reporta por primera vez la síntesis y caracterización de esta bicapa, la cual abre una línea de investigación en el área de interfaces. Asimismo, se desarrolló e implementó un procedimiento, basado en los modelos ópticos, tal que permite obtener parámetros que se utilizan para evaluar a cualquier película delgada TCO como potencial metamaterial. Las propiedades de las muestras se analizaron en función de la temperatura aplicada post-depósito: temperatura ambiente (TA), 100oC, 200oC, 300oC, bajo una atmósfera de argón o argón-oxígeno. Los resultados confirman que las películas presentan un crecimiento de tipo poli cristalino. Además, la calidad cristalina tiende a incrementarse como función del incremento de la temperatura. El In2O3 creció con estructura cúbica bcc (a=10.11 ˚A, ICDD #71-2195). A partir de 200C, se detectaron trazas de la fase romboédrica (a=5.490 ˚A, c=14.520 ˚A, ICDD #73-1809). Asimismo, el SnO2 creció con estructura tetragonal (a = 4.737 ˚A, c = 3.186 ˚A, ICDD #88-0287). Las películas de In2O3 poseen una transparencia promedio del 90 % en una ventana de 500 nm a 1100 nm. El borde de absorción se recorre al azul como función de la temperatura, de Eg=3.3 eV a Eg=3.7 eV por el efecto Burstein-Moss. Por otra parte, la bicapa presentó una interfaz claramente definida, sin difusión de especies metálicas. Al incrementarse la temperatura, de TA a 400oC, se detectaron dos fases de óxido de estaño: SnO2 y SnO, en un porcentaje atómico de ≈70 %:30 %, respectivamente. Se concluye que los parámetros y valores obtenidos de las películas como son el texturizado y espesor homogéneo, alta transparencia, crecimiento preferencial, ancho prohibido y resistividad eléctrica, son comparables a los que se requieren del In2O3 y SnO2 en película delgada para aplicaciones optoelectrónicas.

Evaluación de diferentes efluentes de cerdo como bioabono sobre el crecimiento y el rendimiento del cultivo del sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) y las propiedades quimicas del suelo

El presente estudio se desarrolló en los terrenos de una finca ubicada en el municipio de Tisma, departamento de Masaya, durante la época de postrera, en el período comprendido de Agosto a Noviembre del año 2000, con el objetivo de evaluar el efecto de diferentes efluentes de cerdo sobre el crecimiento y rendimiento del cultivo del sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) y las propiedades químicas del suelo. El diseño empleado fue de bloques completos al azar (BCA), con cuatro réplicas y seis tratamientos. Los tratamientos fueron: sin fertilización, fertilización inorgánica; 45.4 Kg/ha (12-30-10) a los 15 días después de la siembra más urea (46 %) 202 Kg /ha, fraccionada, dos dosis de efluentes de cerdos alimentados con desperdicios de cocina (4,100.4 1/ha y 6,150.4 /ha) y dos dosis de efluentes de cerdos alimentados con concentrado (6,049.4 /ha y 9,074.0 1/ha). A los datos de las variables evaluadas se les aplicó un análisis de varianza (ANDEVA) y separación de medias por Tukey al 95 y 99 % de confianza. La mayoría de las variables evaluadas no presentaron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos, entre ellas se mencionan: altura de plantas, diámetro del tallo, población, número de panojas cosechadas, excepción de panoja y peso de mil granos. Las variables altura de inserción de panoja, longitud de panoja, número de granos por panoja, rendimiento de grano, peso seco de paja, sí presentaron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos en estudio. El sorgo híbrido cultivado en un suelo perturbado responde mejor a la fertilización inorgánica. Tanto la fertilización orgánica como inorgánica disminuyeron el pH del suelo. Los biofertilizantes favorecieron el contenido de materia orgánica y de nitrógeno en el suelo. El contenido de fósforo aumentó levemente, mientras que el de potasio disminuyó levemente. No se determinó toxicidad por el contenido de cobre y zinc presente en el suelo.

Evaluación de los diferentes efluentes de cerdo como bioabono sobre el crecimiento y el rendimiento del cultivo de maiz (Zea mays L.) y las propiedades quimicas del suelo

El presente ensayo se realizó en la hacienda las Mercedes, ubicada en Managua a una latitud norte de 12°089 y longitud oeste 86°109. El objetivo fue evaluar el efecto de diferentes efluentes de cerdo como bioabono sobre el crecimiento y rendimiento del cultivo de maíz (Zea mays L.), pH, contenido de materia orgánica, nitrógeno, fósforo y potasio así como contenido de zinc y cobre en el suelo. El diseño utilizado fue Bloques completos al azar, con cuatro repeticiones y seis tratamientos. Las dosis de fertilización orgánica con efluentes de cerdos fueron 4 100 y 6 150 l/ha de estiércol de cerdos alimentados con desperdicios de cocina y 6049 y 9 074 l/ha de efluente de estiércol de cerdos alimentados con concentrado comparado con dos testigos, uno relativo, con fertilización inorgánica (Completo, fórmula 12:30:10 más urea al 46%) y uno sin fertilizar. Los resultados demuestran que no hubo efecto significativo de los tratamientos en estudio sobre las variables de crecimiento y rendimiento. Los mayores valores de materia orgánica nitrógeno y potasio se obtuvieron en las parcelas con fertilización inorgánica, los menores valores de pH, fósforo y potasio se obtuvieron en las parcelas que no fueron fertilizadas Las aplicaciones de fertilizantes inorgánicos y orgánicos no tuvieron un efecto importante sobre la cantidad disponible de Cu y Zn al final del ensayo.

Efecto del agrosistema sobre el rendimiento de los cultivos y las propiedades quimicas del suelo, en la comunidad Pacora, San Francisco Libre, Managua, Nicaragua, 2003

El presente trabajo se realizó en la finca de l señor Aurelio López, ubicada en la comunidad de Pacora del municipio de San Francisco Li bre, Managua, durante la época de postrera (Agosto a Diciembre del 2003), con el propósito de determinar el efecto de dos sistema de manejo sobre el rendimiento de los cultivos y las propiedades químicas del suelo. El diseño utilizado fue en bloques completos al azar (BCA) con dos tratamientos (sorgo como monocultivo y sorgo asociado con maíz) y tres repeticiones, la variedad de sorgo ( Sorghun bicolor L. Moench) evaluado fue tortillero precoz y en el maíz ( Zea mays L.) la variedad NB-S. Los resultados provenientes del análisis estadísticos en las variables de crecimiento (altura de la planta, diámetro del tallo y num ero de hojas), nitróge no en grano y nitrógeno en biomasa no presentaron diferencias signifi cativas; pero las variables rendimiento del grano y biomasa seca producida mostraron difere ncias significativas siendo el sistema de manejo sorgo como monocultivo el que obtuvo los valores mayores con 4,520 y 12,361 kg ha -1 respectivamente. En las variables del suel o la materia orgánica, nitrógeno, fósforo, y capacidad de intercambio catiónico aumentaron su contenido en el suelo en comparación a su contenido inicial en los dos sistemas de manejo, en cuanto al pH disminuyó levemente y el potasio disminuyó bruscamente probablemente a que el sorgo es un gran extractor de este elemento y pudiendo ser mayor cuando se combina con el maíz. En el balance aparente de nutrientes los dos sistemas de manejo presentaron balances positivos, pero cabe destacar que fue el sistema sorgo asociado con maíz el que presentó el mejor balance, probablemente aque recibió la misma entrada de nutrientes y exportó menos nutrientes vía rendimiento de grano y biomasa producida

Estrategias de muestreo para la determinación de las propiedades hidráulicas del suelo en dos unidades cartográficas

Cuando se usan los mapas de suelos para estimar las propiedades hidráulicas del suelo, éstos presentan diversas limitaciones debidas a varios factores, entre los cuales podemos citar, la falta de información a cerca de su variabilidad espacial a escala detallada (finca). En estos casos se hace necesario el muestreo adicional de estas propiedades para obtener una mejor estimación de su variabilidad espacial de cara la planificación y ejecución del riego. Con el objetivo de conocer los requerimientos de muestreo de la conductividad hidráulica saturada y la sorptividad (el horizonte Ap y sobre la superficie del suelo) fueron muestreadas dos unidades cartográficas de suelos a escala 1:25000 del área de influencia del canal Segarra-Garrigues, en Cataluña (NE de España) a través de un muestreo anidado. Los semivariogramas muestran un patrón de variabilidad acorde al tamaño modal de las fincas del área (a nivel de serie) con manejo homogéneo de la superficie del suelo. La sorptividad es la propiedad menos afectada por este factor (manejo del suelo). La distancia optima de muestreo y el número de muestras necesarias para obtener un buen resultado en la estimación de la Ks en el horizonte Ap es impracticable en ambas unidades. Para el resto de las propiedades la distancia de muestreo está dentro del tamaño modal de las fincas (100 m). Únicamente se puede obtener una buena estimación de la Ks y la sorptividad en el orden de magnitud del logaritmo de los datos obtenidos con un número de muestras considerablemente baja.

Los Suelos de la Finca "Las Mercedes" y las propiedades más relevantes para planear su uso y manejo

Este trabajo se efectuó en la finca “las mercedes” propiedad del instituto superior de ciencias agropecuarias. Consistió en realizar un levantamiento de suelos a nivel muy detallado (escala 1.5, 000), con la finalidad de conocer las principales propiedades de sus suelos. Estas propiedades resultan del proceso de información y evaluación del suelos y su conocimiento permite elaborar criterios valioso para plantear el uso y manejo más propiado para la finca. El patrón de distribución de los suelos y la delimitación de sus linderos se realizó mediante un muestreo sistemático, además se hizo la descripción y toma de muestra en calicatas, para su posterior análisis en el laboratorio. Se hicieron pruebas de permeabilidad e infiltración básica.

Estudio de las propiedades quimicas, anatomicas y fisico-mecanicas de la madera de tres especies forestales de importancia economica

El Enterolobium Cyclocarpum, segun se determino en el estudio anatomico, tiene un alto contenido de Parènquima, fibras cortas y bajas indice de calidad de pulpas que lo hace inadecuado para la fabricación de papel; por sus bajos valores de densidad, elasticidad y resistencia a los esfuerzos mecánicos, no es recomendable su uso en estructura de soportes en la construcción. sin embargo su color y textura le proporcionan alto valor estético apreciado en la fabricación de muebles, decoloraciones, puertas. También posee un considerable contenido de extraible que le proporcionan durabilidad natural, lo que sumado a su bajo indice de contradicción hinchamiento, lo hace optimo para su utilización en exteriores. Pinus: por sus características microscópicas como fibras largas, muy poco parentima y alto indice de calidad de pulpa, lo hacen optimo para la fabricación de papel. su propiedades elásticas y de resistencia lo sitúan por arriba de valores intermedios, que convierten a esta especie apta para la construcción, fabricación, de chapas, muebles, juguetes, artículos deportivos, artesanía muchos otros usos. contiene extraibles en regular cantidad, principalmente del tipo resinico, ampliamante utilizado en la industria. El cuercus, caracterizado por tener fibras largas en comparación con otras latifoliados, y un indice de calidad de pulpas intermedio, puede ser apto para la fabricación de papel. sus valores propiedades ficicas y mecánicas son los mas altos de las tres maderas ensayadas, por lo que su madera ofrece un gran potencial de utilización de la fabricación de juguetes, muebles piezas torneadas postes, y elementos estructurales, y piezas de maquinaria. El conocimiento de la estructuras, propiedades tecnológicas y químicas de nuestra madera, constituye la base para su aprovechamiento integral y una adecuada utilización de especies que por tradición o desconocimiento no se les ha dado el uso correcto. por la importancia económica que tiene las especies estudiadas, se justifica ampliar sus estudios, partiendo de la metodología empleada en este trabajo, pues en su mayor parte resulta de aplicación practica en las condiciones actuales de nuestro país. la información bibliográfica recabada constituye una base importante para posteriores estudios relacionados con la anatomía, propiedades físicas y mecánicas, secado, y químico de la madera.

¿Por qué la materia es tan diversa y tiene propiedades tan distintas?

uración (en horas): De 11 a 20 horas. Nivel educativo: Grado