Fabricació i caracterització de nanoestructures de carboni

En aquest treball s’han sintetitzat nanoestructures de carboni per mòlta mecànica d’alta energia (HEBM) a partir de pols de grafit. La caracterització s’ha realitzat per microscòpia electrònica de transmissió d’alta resolució i difracció de raigs X. S’han obtingut nanoestructures corbades de carboni (highly curved carbon nanoestructures), nanoarcs de carboni (nanoarches o halfnanotubes) i cintes de carboni (ribbons). Al modificar la composició de la mòlta de grafit barrejant-hi pols de ferro, cobalt, níquel o ferrocene; s’ha observat que aquests compostos no es troben dins les nanoestructures de carboni formades. Concretament, el ferro forma uns agregats, en canvi el cobalt, el níquel i el ferrocene formen nanopartícules. Combinant la HEBM amb un posterior tractament tèrmic s’han obtingut la mateixa quantitat i tipus de nanoestructures, sense observar la formació de noves nanoestructures (nanotubs de carboni) o la modificació de les ja obtingudes durant la mòlta mecànica. Futurs treballs amb mòlta mecànica i tractament tèrmic es podrien centrar en l’optimització del tractament tèrmic per poder aconseguir la síntesis de nanotubs de carboni.

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

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

Mètodes de visualització i dinàmica de gasos relacionats amb l'escalat de cintes superconductores en planta prepilot

Ara ja fa un segle del descobriment de la superconductivitat. Aquest fenomen quàntic macroscòpic té aplicacions en el camp de la diagnosi mèdica per MRI (Magnetic Resonance Imaging), que permet obtenir imatges internes detallades del cos humà o en aplicacions científiques com el SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), amb el que es poden mesurar camps magnètics molt dèbils, amb límits de detecció fins a 10-15 T. Però les aplicacions dels superconductors no es limiten ni molt menys a aquests camps ja que s‟estan fent grans esforços per poder processar cintes superconductores a gran escala per tal de poder aplicar aquest fenomen a cables de conducció elèctrica, motors, generadors, transformadors, etc. Amb això s‟aconseguiria un increment notable de l‟eficiència energètica amb la consegüent disminució de l‟emissió de gasos d‟efecte hivernacle. En aquest projecte, realitzat al grup de Superconductivitat i Nanoestructuració a Gran Escala de l„ICMAB, s‟han fet diversos muntatges experimentals per tal de poder observar i entendre millor el procés de piròlisi d‟una solució precursora de YBCO en forma de capes primes a sobre de diferents substrats. Aquesta etapa és determinant per obtenir en el procés de creixement una capa texturada i d‟ alta densitat de corrent crítica (Jc). Per això s‟ha fet ús d‟un sistema que permet realitzar la piròlisi de forma relativament ràpida mentre s‟enregistra en vídeo l‟evolució de la capa. En totes les mostres pirolitzades s‟ha estudiat la qualitat, textura i morfologia superficial. També s‟ha intentat veure de forma qualitativa el comportament dinàmic dels gasos a dins d‟una cavitat cilíndrica, que és la geometria utilitzada fins ara per créixer cintes superconductores. Finalment s‟han dissenyat diferents tipus de bufadors per tal d‟introduir els gasos de forma transversal i no longitudinal dins del forn tubular durant el tractament tèrmic, fet que dóna lloc a un increment de la superfície superconductora homogènia. El projecte es distribueix en diferents parts. Inicialment es fa una introducció als superconductors d‟alta temperatura així com els mètodes de fabricació actuals de les cintes superconductores. Seguidament s‟expliquen els objectius que pretenem assolir. En un apartat posterior descrivim les tècniques experimentals utilitzades. Seguidament detallem tots els resultats obtinguts junt amb les seves caracteritzacions. Finalment estudiem el impacte ambiental que ha tingut la realització d‟aquest projecte. Detallem el cost del mateix en un pressupost. En tres annexes ampliem alguns subapartats que per manca d‟espai en el text principal no hem pogut desenvolupar.

Efecto de la microestructura en el comportamiento mecánico de aceros de herramienta para trabajo en frío

El estudio desarrollado en la tesis doctoral profundiza en las relaciones existentes entre la microestructura y el comportamiento a rotura y fatiga de tres tipos de Aceros de Herramienta para trabajo en Frío, dos obtenidos por colada y un tercero mediante pulvimetalúrgia. En primer lugar se evaluaron los aspectos microestructurales relacionados con las dos vias de procesamiento empleadas, además del efecto del cambio en la composición química. Asimismo se documentó la influencia del trabajado en caliente sobre la isotropía microestructural. Considerando las caracteristicas microestructurales se evaluó el comportamiento a rotura en tres orientaciones referidas al sentido de la deformación en caliente. Para ello , se empleó la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal como marco analítico. Los resultados fueron tratados siguiendo la estadística de Weibull. Para el caso de los aceros colados se implementa un analisis de curva-R para explicar el crecimiento subcrítico de grietas observado experimentalmente. El estudio del comportamiento a fatiga incluyó la determinación del limite a fatiga para todas la orientaciones microestructurales escogidas y el estudio de la cinetica de propagación de fisuras físicamente pequeñas para la orientación con mejor respuesta mecánica.

Efecto de los contenidos de C, Mn y Si en el comportamiento a fluencia en caliente de aceros de construcción al carbono y microaleados: aplicación a la obtención de grano ultrafino en productos largos laminados

Després d’aplicar alguns tractaments d’elaboració i conservació als aliments, queden bacteris lesionats. Aquests bacteris perden la capacitat de créixer en els medis de cultiu selectiu convencionals, de manera que se’n subestima el recompte. Malgrat això, poden recuperar-se als aliments i suposar un risc per la salut, ja que alguns encara poden mantenir activitat metabòlica i integritat estructural. En aquest projecte, es van optimitzar protocols de preparació de mostres per citometria de flux (CF) per avaluar l’estat fisiològic de patògens alimentaris (Escherichia coli O157:H7, Salmonella Enteritidis i Listeria monocytogenes) sotmesos a estrès. Es van estudiar principalment dos paràmetres fisiològics: la integritat de membrana, mitjançant iodur de propidi i fluorocroms de la família SYTO; i l’activitat respiratòria, per la reducció intracel•lular d’una sal de tetrazole, el CTC. En primer lloc, es van avaluar variables de protocol, com la concentració de colorant, la ràtio entre colorants, la solució de tinció i el temps d’incubació, en mostres control (cèl•lules sanes i mortes). A continuació, els protocols optimitzats es van aplicar a suspensions bacterianes en medi de cultiu que prèviament havien estat sotmeses a estressos físics i fisicoquímics. Durant l’etapa final del projecte, els coneixements adquirits sobre la preparació de mostres per CF es van aplicar a l’anàlisi de mostres de matriu complexa: amanides comercials inoculades amb E. coli O157:H7. Als assajos amb indicadors d’integritat de membrana en suspensions bacterianes sotmeses a estrès, es van poder quantificar cèl•lules amb la membrana parcialment danyada (presumptes cèl•lules lesionades). El recompte de cèl•lules que mantingueren l’activitat respiratòria després de ser sotmeses a estrès va ser superior al que es va obtenir mitjançant recompte en placa convencional, cosa que va evidenciar la presència de cèl•lules actives però no cultivables. La introducció d’estratègies per reduir les interferències provocades per les partícules alimentàries i l’ús d’un anticòs amb marcatge fluorescent va permetre detectar selectivament les cèl•lules d’E. coli O157:H7 i avaluar-ne la integritat de membrana simultàniament. L’anàlisi de cèl•lules bacterianes per CF requereix de la exhaustiva optimització dels protocols, que són específics per cada soca i matriu. Malgrat això, i a diferència del mètode convencional per recompte en placa, ofereix la possibilitat d’obtenir una gran quantitat d’informació sobre el sovint complex estat fisiològic d’una mostra.

Formación de nanoestructuras de silicio por evaporación térmica y pulverización catódica. Intento de crecimiento de nanohilos de silicio

El proyecto tiene como objetivo estudiar las posibilidades de síntesis de nanohilos de silicio mediante evaporación térmica y pulverización catódica. Con estas técnicas se pretende lograr un crecimiento aditivo en un escenario VLS (Vapor Liquid Solid). Se han utilizado obleas de silicio recubiertas de oro o aluminio como catalizador, sometidas a un tratamiento térmico para lograr una aleación eutéctica. Se han realizado 19 ensayos variando los parámetros experimentales, y se han obtenido 44 muestras diferentes, caracterizadas mediante SEM. Después de un estudio exhaustivo no se ha podido hacer crecer nanohilos de silicio, confirmando la dificultad de su obtención con las técnicas propuestas.

Estudi per calorimetria del recuit i la recristal·lització de coure trefilat

A la indústria de trefilatge de coure, el fil elèctric es fabrica per deformació en fred d'un alambró de secció considerable (uns 5 mm de diametre). Per tal d'aconseguir calibres inferiors al mm són necessaris multiples passos per sengles fileres on el gruix es redueix progressivament. La deformació plàstica en fred comporta una reducció de la ductilitat de tal manera que mes enllà d'una determinada reducció de secció el fil es trencaria. Per això, és necessari un recuit tèrmic amb el qual es recupera la ductilitat inicial. El procés microscòpic principal que explica el canvi de ductilitat és la recristal•lització de l'estructura deformada. L'optimització del procés requereix controlar la temperatura i la durada del recuit. Una tècnica que permet monitoritzar la recristal•lització és la calorimetria, ja que durant el recuit es desprèn calor. Per tant, l'estudi es proposa col laborar en l'optimització del procés amb la predicció de temperatures de recuit per a temps molt curts i per a temps molt llargs. L'estudi s'inicia amb mostres de fil de coure deformat a tracció. Aquestes mostres es recouen a diverses velocitats d'escalfament (des de 10 K/min fins a 80 K/min) per tal d'obtenir els paràmetres cinètics necessaris per a la predicci6 dels recuits isoterms. Aquests paràmetres corresponen a la cinètica de JMAK. Els resultats de la primera sèrie d'experiments s6n esperancadors, però es creu que la mostra comercial no es troba suficientment recuita abans de sotmetre-la a deformació

Anàlisi cinètica experimental d'una recuita de recuperació mitjançant una tècnica de calorimetria diferencial (DSC)

En l’àmbit de la indústria metal·lúrgica és molt freqüent l’ús de tècniques de conformació per deformació (treball en fred o en calent) per tal de donar forma, a metalls o aliatges metàl·lics. Mecànicament, el treball en fred provoca l’increment de la duresa i de la resistència a la tensió i, per contra, la reducció de la ductilitat, de la conductivitat elèctrica i de la resistència a la corrosió. Per tal de millorar les propietats mecàniques afectades per la reducció és on pren rellevància l’ús de la recuita. La recuita és un tractament tèrmic format per tres etapes: la recuperació, la recristal·lització i el creixement del gra. En el present projecte analitzem en detall la recuperació. El projecte té com a objectiu fer l’estudi experimental de la cinètica, durant la recuita de recuperació, d’un aliatge mecànic. Aquest estudi permetrà determinar els paràmetres més rellevants per tal de descriure com evolucionen l’estructura i les propietats del metall durant un tractament tèrmic, en funció del temps de tractament i la temperatura

Síntesi i propietats de vidres metàl•lics massissos i materials nanocomposites basats en Fe per aplicacions com a materials magnètics tous

Estudi realitzat a partir d’una estada a l’ Institut für Komplexe Materialien, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, entre 2010 i 2011. S'ha explorat l'efecte de les condicions i influència dels elements d'aleació en la capacitat de formació de vidre, l'estructura i les propietats tèrmiques i magnètiques de vidres metàl•lics massissos i materials nanocristal•lins en base Fe. La producció d'aquests materials en forma de cintes de unes 20 micres de gruix ha estat àmpliament estudiada i s'ha vist que presenten unes propietats excel•lents com a materials magnètics tous. El propòsit general d'aquest projecte era l'obtenció de composicions òptimes amb alta capacitat de formar vidre i amb excel•lents propietats magnètiques com a materials magnètics tous combinat amb bones propietats mecàniques. El projecte prenia com a punt de partida l'aliatge [FeCoBSi]96Nb4 ja que és el que presenta millor capacitat de formar vidre i presenta una alta imantació de saturació i baix camp coercitiu. S'ha fet un estudi dels factors fonamentals que intervenen en la formació de l'estat vitri. La composició abans esmentada ha estat variada amb l'addició d'altres elements per estudiar com afecten aquests nous elements a les propietats, la formació de vidre i l'estructura dels aliatges resultants amb l'objectiu de millorar-ne les propietats magnètiques i la capacitat de formació de vidre. Entre altres s'ha usat el Zr, Mo, Y i el Gd per millorar la formació de vidre; i el Co i el Ni per millorar les propietats magnètiques a alta temperatura. S'han estudiat les relacions entre la capacitat de formació de vidre i la seva estabilitat tèrmica, la resistència a la cristal•lització i la estructura de l'aliatge resultant després del procés de solidificació. Per aquest estudi s'han determinat els mecanismes que controlen la transformació i la seva cinètica així com les fases que es formen durant el tractament tèrmic permetent la formulació de models predictius.

Variacion del modulo de 'Young' con el tratamiento termico en aceros al carbono hipoeutectoides

En trabajos anteriores se ha constatado que varios aceros al carbono hipoeutectoides, en estado de temple, presentan valores del módulo de Young inferiores a los correspondientes en estado de revenido. En todos los casos la determinación se ha realizado mediante ultrasonidos. En concreto, para el acero C22E (EN 10083), el módulo se incrementa ligeramente desde 209 GPa (material templado) hasta 211 GPa (revenido a 650 °C), para el acero C45E el módulo aumenta desde 199 GPa hasta 211 GPa (revenido a 500 °C) y para el acero C55E el módulo varía desde 202 GPa hasta 209 GPa para el acero revenido a 650 °C. El presente trabajo se centra en la caracterización estructural de los tres aceros mencionados a los distintos estados de tratamiento térmico, utilizando las técnicas de microscopía óptica de reflexión y microscopía electrónica de barrido, y se propone una explicación de la variación del módulo a partir del comportamiento de las dislocaciones y su interacción con átomos de soluto y con otras dislocaciones.

Dewaterability of sewage sludge by ultrasonic, thermal and chemical treatments

Sludges resulting from wastewater treatment processes have a characteristically high water content, which complicates handling operations such as pumping, transport and disposal. To enhance the dewatering of secondary sludge, the effect of ultrasound waves, thermal treatment and chemical conditioning with NaOH have been studied. Two features of treated sludges were examined: their rheological behavior and their dewaterability. The rheological tests consisted of recording shear stress when the shear rate increases and decreases continuously and linearly with time, and when it increases and decreases in steps. Steady-state viscosity and thixotropy were obtained from the rheological tests, and both decreased significantly in all cases with increased treatment intensity. Centrifugation of ultrasonicated and thermally treated sludges allowed the total solid content to be increased by approximately 16.2% and 17.6%, respectively. These dewatered sludges had a lower viscosity and thixotropy than the untreated sludge. In contrast, alkali conditioning barely allowed the sludge to be dewatered by centrifugation, despite decreasing its viscosity and thixotropy.

Síntesi de pólvores de superconductors d’alta temperatura : YBa2Cu3O7 i GdBa2Cu3O7 per via de dissolució-polimerització

L’objectiu del projecte és obtenir pólvores dels superconductors d’alta temperatura YBa2Cu3O7 i GdBa2Cu3O7 per la via de dissolució-polimerització. Aquestes pólvores seran obtingudes a partir d’òxids (Itri o Gadolini i Coure) i carbonat de bari amb àcid nítric en una dissolució aquosa de Polietinenglicol (PEG), per tal de convertir aquests òxids en nitrats coordinats amb les cadenes de PEG. Aquest producte intermedi es sotmetrà a una piròlisis per tal d’obtenir òxids i carbonats, però amb una mida més reduïda respecte als productes inicials i un grau de barreja més íntim, permetent que reaccionin entre ells amb més facilitat. Finalment, per tal d’obtenir els superconductors YBa2Cu3O7 i GdBa2Cu3O7 es farà un últim tractament tèrmic a alta temperatura en el qual es produirà la reacció desitjada. Durant tot el procés es duran a terme anàlisis d’aquest per mitjà de tècniques de Termogravimetria (TGA), d’Anàlisi Tèrmica Diferencial (DTA), espectroscòpia Infraroja (IR) i la difracció de raig X (DRX) . També s’analitzaran els diferents productes que es van obtenint (intermedis i finals) amb l’ajuda de l’espectrometria IR i la difracció de pólvores. En base a aquests resultats, es variaran els paràmetres de la reacció (concentracions, temperatures, etc.) i dels tractaments tèrmics (atmosfera, temperatura, temps, etc.) per tal d’optimitzar el producte

Identification of metabolites and thermal transformation products of quinolones in raw cow milk by liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry.

The presence of residues of antibiotics, metabolites, and thermal transformation products (TPs), produced during thermal treatment to eliminate pathogenic microorganisms in milk, could represent a risk for people. Cow"s milk samples spiked with enrofloxacin (ENR), ciprofloxacin (CIP), difloxacin (DIF), and sarafloxacin (SAR) and milk samples from cows medicated with ENR were submitted to several thermal treatments. The milk samples were analyzed by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) to find and identify TPs and metabolites. In this work, 27 TPs of 4 quinolones and 24 metabolites of ENR were found. Some of these compounds had been reported previously, but others were characterized for the first time, including lactose-conjugated CIP, the formamidation reaction for CIP and SAR, and hydroxylation or ketone formation to produce three different isomers for all quinolones studied.

Tractament d'aigües de piscina : alternatives als mètodes convencionals

El treball presenta els resultats de l’avaluació de dues noves tècniques en el tractament de les aigües de piscina. Una d’elles es basa en l’aplicació d’ozó per a desinfectar l’aigua, que redueix considerablement la quantitat d’hipoclorit sòdic utilitzada en les piscines convencionals i conseqüentment aporta diversos beneficis. La segona tècnica estudiada es basa en la utilització de diòxid de carboni per a regular el pH, a diferència del típic àcid clorhídric que s’aplica en la majoria de piscines. L’estudi s’ha centrat en les piscines del Servei d’Activitat Física de la UAB i s’ha dividit en tres etapes, definides per l’aplicació de diferents tractaments químics. La utilització d’ozó enfront de l’hipoclorit sòdic ha revelat la variació d’alguns paràmetres de control de qualitat de l’aigua com la concentració d’oxigen dissolt o de subproductes de la desinfecció. L’addició de diòxid de carboni enfront de l’àcid clorhídric ha resultat molt efectiva, en tant que s’han desenvolupat propostes per a optimitzar el sistema i minimitzar el seu consum, fins ara excessiu. Tant una com l’altre, aquestes dues tècniques són una nova proposta que, si bé encara no han estat suficient diversificades i estudiades en el nostre país, sembla que redueixen els impactes ambientals, disminueixen el risc dels problemes de salut i augmenten la confortabilitat i seguretat dels usuaris i treballadors de les piscines.