Evaluación continua a través del trabajo autónomo del estudiante

Durante el curso académico 2014-2015 se han introducido distintas mejoras en la metodología docente y en el sistema de evaluación de la asignatura Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería II del primer curso del Grado en Ingeniería Civil de la Universidad de Alicante. Su objetivo es reducir el tiempo dedicado a la clase magistral en el desarrollo de la asignatura, en aras de fomentar la participación del alumnado. También se pretende conseguir un mayor aprovechamiento de las clases prácticas mediante la resolución autónoma de diversos ejercicios y problemas por parte de los alumnos, contando con la supervisión del profesorado. Este último aspecto es fundamental en las materias propias de las Matemáticas. En esta comunicación detallaremos las acciones específicas adoptadas con estos fines, tanto en la dinámica de las clases como en la forma de evaluación. Así mismo, se realizará un análisis cuantitativo y cualitativo de los resultados alcanzados y de las percepciones que profesores y alumnos tienen sobre los cambios introducidos.

Implementación de metodologías de evaluación continua: aplicación en la asignatura de Cálculo Numérico

La creación del nuevo Espacio Europeo de Educación Superior, con los consiguientes cambios en la estructura y contenidos de las titulaciones universitarias, ofrece una gran oportunidad para revisar las metodologías de aprendizaje, estando las metodologías de evaluación continua en una creciente expansión. El objetivo de este trabajo es investigar el efecto que tiene en el aprendizaje de los estudiantes diferentes metodologías de evaluación continua. Para ello, varios tipos de evaluación periódica (entrega de trabajos grupales y/o individuales, exámenes parciales, etc.) han sido puestos en práctica en la asignatura de Cálculo Numérico del último curso de la Licenciatura de Matemáticas y actual Grado de Matemáticas, a lo largo de un total de 14 años académicos en la Universidad de Alicante. En esta comunicación presentaremos las diferentes estrategias de desarrollo de los contenidos de la asignatura así como la forma de evaluación de los mismos. Además, se hará un análisis descriptivo de los resultados obtenidos con las distintas metodologías empleadas y se recogerán propuestas de mejora de cara al próximo curso.

Sol–gel copper chromium delafossite thin films as stable oxide photocathodes for water splitting

Significant effort is being devoted to the study of photoactive electrode materials for artificial photosynthesis devices. In this context, photocathodes promoting water reduction, based on earth-abundant elements and possessing stability under illumination, should be developed. Here, the photoelectrochemical behavior of CuCrO2 sol–gel thin film electrodes prepared on conducting glass is presented. The material, whose direct band gap is 3.15 eV, apparently presents a remarkable stability in both alkaline and acidic media. In 0.1 M HClO4 the material is significantly photoactive, with IPCE values at 350 nm and 0.36 V vs. RHE of over 6% for proton reduction and 23% for oxygen reduction. This response was obtained in the absence of charge extraction layers or co-catalysts, suggesting substantial room for optimization. The photocurrent onset potential is equal to 1.06 V vs. RHE in both alkaline and acidic media, which guarantees the combination of the material with different photoanodes such as Fe2O3 or WO3, potentially yielding bias-free water splitting devices.

Ultrasound-assisted selective hydrogenation of C-5 acetylene alcohols with Lindlar catalysts

The selective hydrogenation of 2-methyl-3-butyn-2-ol (MBY) was performed in the presence of Lindlar catalyst, comparing conventional stirring with sonication at different frequencies of 40, 380 and 850 kHz. Under conventional stirring, the reaction rates were limited by intrinsic kinetics, while in the case of sonication, the reaction rates were 50–90% slower. However, the apparent reaction rates were found to be significantly frequency dependent with the highest rate observed at 40 kHz. The original and the recovered catalysts after the hydrogenation reaction were compared using bulk elemental analysis, powder X-ray diffraction and scanning and transmission electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray analysis. The studies showed that sonication led to the frequency-dependent fracturing of polycrystalline support particles with the highest impact caused by 40 kHz sonication, while monocrystals were undamaged. In contrast, the leaching of Pd/Pb particles did not depend on the frequency, which suggests that sonication removed only loosely-bound catalyst particles.

Photogeneration of Hydrogen from Water by Hybrid Molybdenum Sulfide Clusters Immobilized on Titania

Two new hybrid molybdenum(IV) Mo3S7 cluster complexes derivatized with diimino ligands have been prepared by replacement of the two bromine atoms of [Mo3S7Br6]2− by a substituted bipyridine ligand to afford heteroleptic molybdenum(IV) Mo3S7Br4(diimino) complexes. Adsorption of the Mo3S7 cores from sample solutions on TiO2 was only achieved from the diimino functionalized clusters. The adsorbed Mo3S7 units were reduced on the TiO2 surface to generate an electrocatalyst that reduces the overpotential for the H2 evolution reaction by approximately 0.3 V (for 1 mA cm−2) with a turnover frequency as high as 1.4 s−1. The nature of the actual active molybdenum sulfide species has been investigated by X-ray photoelectron spectroscopy. In agreement with the electrochemical results, the modified TiO2 nanoparticles show a high photocatalytic activity for H2 production in the presence of Na2S/Na2SO3 as a sacrificial electron donor system.

Improving the photoactivity of bismuth vanadate thin film photoanodes through doping and surface modification strategies

Currently, one of the most attractive and desirable ways to solve the energy challenge is harvesting energy directly from the sunlight through the so-called artificial photosynthesis. Among the ternary oxides based on earth–abundant metals, bismuth vanadate has recently emerged as a promising photoanode. Herein, BiVO4 thin film photoanodes have been successfully synthesized by a modified metal-organic precursor decomposition method, followed by an annealing treatment. In an attempt to improve the photocatalytic properties of this semiconductor material for photoelectrochemical water oxidation, the electrodes have been modified (i) by doping with La and Ce (by modifying the composition of the BiVO4 precursor solution with the desired concentration of the doping element), and (ii) by surface modification with Au nanoparticles potentiostatically electrodeposited. La and Ce doping at concentrations of 1 and 2 at% in the BiVO4 precursor solution, respectively, enhances significantly the photoelectrocatalytic performance of BiVO4 without introducing important changes in either the material structure or the electrode morphology, according to XRD and SEM characterization. In addition, surface modification of the electrodes with Au nanoparticles further enhances the photocurrent as such metallic nanoparticles act as co-catalysts, promoting charge transfer at the semiconductor/solution interface. The combination of these two complementary ways of modifying the electrodes has resulted in a significant increase in the photoresponse, facilitating their potential application in artificial photosynthesis devices.

Measurement limitations in knife-edge tomographic phase retrieval of focused IR laser beams

An experimental setup to measure the three-dimensional phase-intensity distribution of an infrared laser beam in the focal region has been presented. It is based on the knife-edge method to perform a tomographic reconstruction and on a transport of intensity equation-based numerical method to obtain the propagating wavefront. This experimental approach allows us to characterize a focalized laser beam when the use of image or interferometer arrangements is not possible. Thus, we have recovered intensity and phase of an aberrated beam dominated by astigmatism. The phase evolution is fully consistent with that of the beam intensity along the optical axis. Moreover, this method is based on an expansion on both the irradiance and the phase information in a series of Zernike polynomials. We have described guidelines to choose a proper set of these polynomials depending on the experimental conditions and showed that, by abiding these criteria, numerical errors can be reduced.

Micromachined silicon lenses for terahertz applications

Silicon microlenses are a very important tool for coupling terahertz (THz) radiation into antennas and detectors in integrated circuits. They can be used in a large array structures at this frequency range reducing considerably the crosstalk between the pixels. Drops of photoresist have been deposited and their shape transferred into the silicon by means of a Reactive Ion Etching (RIE) process. Large silicon lenses with a few mm diameter (between 1.5 and 4.5 mm) and hundreds of μm height (between 50 and 350 μm) have been fabricated. The surface of such lenses has been characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), resulting in a surface roughness of about ∼3 μm, good enough for any THz application. The beam profile at the focal plane of such lenses has been measured at a wavelength of 10.6 μm using a tomographic knife-edge technique and a CO2 laser.

Characterization of dynamic speckle sequences using principal component analysis and image descriptors

Speckle is being used as a characterization tool for the analysis of the dynamic of slow varying phenomena occurring in biological and industrial samples. The retrieved data takes the form of a sequence of speckle images. The analysis of these images should reveal the inner dynamic of the biological or physical process taking place in the sample. Very recently, it has been shown that principal component analysis is able to split the original data set in a collection of classes. These classes can be related with the dynamic of the observed phenomena. At the same time, statistical descriptors of biospeckle images have been used to retrieve information on the characteristics of the sample. These statistical descriptors can be calculated in almost real time and provide a fast monitoring of the sample. On the other hand, principal component analysis requires longer computation time but the results contain more information related with spatial-temporal pattern that can be identified with physical process. This contribution merges both descriptions and uses principal component analysis as a pre-processing tool to obtain a collection of filtered images where a simpler statistical descriptor can be calculated. The method has been applied to slow-varying biological and industrial processes

Aportaciones a la metodología de diseño basada en Síntesis de Alto Nivel. Aportaciones al diseño de IPs para procesado de eventos complejos y codificación de vídeo

Programa de doctorado: Ingeniería de Telecomunicación Avanzada. La fecha de publicación es la fecha de lectura

Diseño y optimización de un aplanador de flujo neutrónico para dopaje de silicio en el Reactor RA-10.

El reactor multipropósito RA-10 que se construirá en Ezeiza tiene como objetivo principal aumentar la producción de radioisótopos destinados al diagnóstico de enfermedades; adicionalmente el proyecto RA-10 permitirá ofrecer al sistema científico-tecnológico oportunidades de investigación, desarrollo y producción. Entre ellas se contará con una facilidad de dopaje de silicio a través de transmutación neutrónica para producir material semiconductor. La principal ventaja de esta técnica de fabricación es que se obtiene el semiconductor más homogéneamente dopado del mercado. Esto se logra irradiando a la pieza con un flujo neutrónico axialmente uniforme. La uniformidad axial se obtiene diseñando un aplanador de flujo que consiste en un conjunto de anillos de acero de diferentes espesores para lograr aplanar el perfil de flujo neutrónico que irradia al silicio. El objetivo de este trabajo es diseñar e implementar un algoritmo que permita calcular los espesores óptimos de acero de forma tal de modificar el perfil de flujo neutrónico que se genera en el núcleo para uniformizarlo lo más posible. Se proponen y evalúan mejoras para incrementar el valor del flujo neutrónico al cual se uniformiza. Posteriormente se evalúan los tiempos necesarios para obtener diferentes resistividades objetivo y se realizan cálculos de activación neutrónica para determinar los tiempos de decaimiento necesarios para cumplir los límites de actividad requeridos. Se realizan además cálculos de calentamiento para determinar la potencia que se debe disipar para refrigerar la facilidad.

Diseño y optimización de un aplanador de flujo neutrónico para dopaje de silicio en el Reactor RA-10.

El reactor multipropósito RA-10 que se construirá en Ezeiza tiene como objetivo principal aumentar la producción de radioisótopos destinados al diagnóstico de enfermedades; adicionalmente el proyecto RA-10 permitirá ofrecer al sistema científico-tecnológico oportunidades de investigación, desarrollo y producción. Entre ellas se contará con una facilidad de dopaje de silicio a través de transmutación neutrónica para producir material semiconductor. La principal ventaja de esta técnica de fabricación es que se obtiene el semiconductor más homogéneamente dopado del mercado. Esto se logra irradiando a la pieza con un flujo neutrónico axialmente uniforme. La uniformidad axial se obtiene diseñando un aplanador de flujo que consiste en un conjunto de anillos de acero de diferentes espesores para lograr aplanar el perfil de flujo neutrónico que irradia al silicio. El objetivo de este trabajo es diseñar e implementar un algoritmo que permita calcular los espesores óptimos de acero de forma tal de modificar el perfil de flujo neutrónico que se genera en el núcleo para uniformizarlo lo más posible. Se proponen y evalúan mejoras para incrementar el valor del flujo neutrónico al cual se uniformiza. Posteriormente se evalúan los tiempos necesarios para obtener diferentes resistividades objetivo y se realizan cálculos de activación neutrónica para determinar los tiempos de decaimiento necesarios para cumplir los límites de actividad requeridos. Se realizan además cálculos de calentamiento para determinar la potencia que se debe disipar para refrigerar la facilidad.

Purificación de aire mediante oxidación fotocatalítica de gases contaminantes NOₓ: estudio de los fotocatalizadores TiO₂ y ZnO

Los óxidos de nitrógeno (NOx) son gases contaminantes que afectan al medio ambiente al ser responsables de la formación de smog fotoquímico, lluvia ácida, ozono troposférico, reducción de la capa de ozono, además de participar en el efecto invernadero en la forma de N2O. Adicionalmente, la exposición a estos gases provoca daños a la salud de los seres humanos. Una propuesta tecnológica para abordar esta problemática ambiental es su eliminación mediante un proceso fotooxidativo, lo cual requiere del empleo de óxidos semiconductores con alta actividad fotocatalítica. En el presente trabajo de investigación se valoró el alcance de la tecnología de fotocatálisis heterogénea para la purificación de aire por eliminación de gases tipo NOx. Para este propósito, en una primera parte del trabajo se construyó un reactor fotocatalítico de acuerdo a la norma internacional ISO 22197-1 con el fin de realizar las pruebas fotocatalíticas en condiciones estándar a las establecidas por la regulación internacional y dar así consistencia a los resultados obtenidos. La segunda parte del trabajo consistió en la síntesis y caracterización de los óxidos semiconductores TiO2 y ZnO por el método sol-gel para lo cual en cada caso se aplicó un diseño de experimentos con el fin de encontrar las condiciones experimentales que permitieran la obtención del mejor fotocatalizador de cada sistema en base a sus propiedades fisicoquímicas. La actividad fotocatalítica de las muestras de TiO2 y ZnO se determinó en la reacción de fotooxidación de óxido nítrico (NO) en aire bajo radiación UV. Los mejores fotocatalizadores fueron seleccionados para pruebas de desempeño variando las condiciones experimentales de la reacción fotocatalítica como el caudal volumétrico que entró al reactor, la irradiancia y la cantidad de humedad presente en el medio de reacción, evaluando además el efecto de diversas variables experimentales de la reacción fotocatalítica en sus respectivos valores. Asimismo, el seguimiento de los productos de reacción confirmó la presencia iones nitrato (NO3-) como producto mayoritario de la fotooxidación de NO, lo que dota al proceso de eliminación de NO de un carácter sustentable. En una tercera parte del trabajo se probó la actividad fotocatalítica del fotocatalizador TiO2 cuando fue incorporado en un prototipo de material de construcción. El desempeño fue probado bajo condiciones simuladas y reales de exposición a la intemperie. Los resultados obtenidos indicaron la potencial aplicación de los materiales para el desarrollo comercial de productos fotocatalíticos. En la parte final del trabajo se presentan resultados obtenidos con óxidos semiconductores alternos a los convencionales como Bi2Mo3O12 y TiO2/WO3 cuyo principal propósito fue el de desarrollar fotocatalizadores cuya activación fuera mediante absorción en la porción visible del espectro solar.

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 materiales nanoestructurados con potencial aplicación como un sensor de glucosa

El presente proyecto se llevó a cabo con el fin de contribuir al desarrollo de nuevos materiales para ser implementados en dispositivos para el sensado de glucosa no ezimaticos, en este trabajo se realizaron diversos estudios sobre desarrollo de nanofibras de carbón decoradas con nanoestructuras de ZnO y CuO, en el que según reportes realizados por diversos investigadores tanto el ZnO como el CuO han presentado excelentes resultados para ser implementados en sensores de glucosa no enzimáticos gracias a las propiedades físicas y químicas que estos presentan, además que las nanofibras presentan alta porosidad, buena conducción y pueden funcionalizarse fácilmente por lo que es ampliamente utilizada como sustrato para depósito de nanoestructuras de semiconductores. Las nanofibras de carbón fueron obtenidas mediante la técnica de electrohilado utilizando como materia prima poliacrilonitrilo y posteriormente fueron sometidas a una calcinación en una atmosfera inerte. Las nanofibras de carbón fueron pre-tratadas para el depósito y crecimiento de las nanoestructuras de ZnO y CuO en donde se utilizó síntesis por hidrotermal para crecimiento de los semiconductores. La caracterización morfológica y estructural se lleco a cabo por Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Microcopia Electrónica de Transmisión (TEM), la composición química y cristalográfica de los materiales se determinó por medios de Espectroscopia de Infrarrojo de Transformada de Furier (FTIR), Espectroscopia de Energía Dispersiva de rayos X (EDXS), Difracción de Rayos X (DRX), así mismo se llevó a cabo el Análisis Térmico Diferencial y Análisis Térmico Gravimétrico simultáneamente, finalmente los materiales fueron caracterizados electroquímicamente por Voltamperometría Cíclica (CV) para conocer si este material podría tener potencial aplicación en sensores de glucosa no enzimático. Contribuciones y Conclusiones: Se establecieron las óptimas condiciones para obtención de las NFCs utilizando PAN como precursor mediante la técnica de electrohilado, además se consiguió determinar las condiciones para una carbonización controlada en una atmosfera de airenitrógeno. Así mismo se determinaron las condiciones óptimas para la producción de nanoestructuras de ZnO/CuO mediante el sembrado y crecimiento de nanopartículas sobre las NFCs. La diversidad en la morfología y la cantidad de material en la superficie de las nanofibras son de gran importancia en la eficiencia del material ya que ésta se ve perjudicada cuando se tiene pobres cantidades depositadas. Por otro lado, el ZnO no presenta sensibilidad por sí sólo, ante la presencia de la glucosa, del mismo modo el CuO presentó la misma incapacidad de detección. El uso de CuO como catalizador en el ZnO ha demostrado que el electrodo modificado de NFCs/ZnO-CuO presenta propiedades para oxidar la glucosa, en comparación a los de NFCs/ZnO y NFCs/CuO los cueles no presentaron ninguna actividad de oxidación para esta. Lo que permitió tener una idea que al depositar estos dos materiales depositados en el mismo sustrato, la eficiencia de éstos incrementa, lo cual podría contribuir a investigaciones futuras para estos materiales.