Repositorio Institucional de CIMAV (Centro de Investigación en Materiales Avanzados)
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Estudio de la microestructura y propiedades mecánicas en el sistema CoCrFeMnNiAlx pre-sinterizado por inducción de alta frecuencia
Get PDFEl presente estudio trata sobre el estudio del efecto de la sinterización por el método convencional y de inducción de alta frecuencia sobre la microestructura y propiedades mecánicas en el sistema CoCrFeMnNiAlx (x = 0.5, 0.75, 1.0, y 1.5 at. %). Específicamente se evalúan los parámetros tiempo y presión en ambos métodos de sinterizado y como afectan estos la densificación, microestructura, comportamiento de precipitación y propiedades mecánicas de las aleaciones
“Multifunctional PLA composites reinforced with exfoliated, expanded, and turbostratic graphite for a sustainable future.”
Get PDFPolymers have been manipulated throughout history, and materials have been the cornerstone of human progress, elevating our production capabilities and living standards. From the earliest tools to the most complex structures, our ability to manipulate materials such as metals, ceramics, and polymers has demonstrated our understanding and ability to reshape nature. In the current era of rapid scientific and technological advancement, the role of materials in driving development and innovation is nothing short of pivotal. These materials can be classified as either structural, focusing on mechanical properties like strength and deformation, or functional, emphasizing their behavior in light, sound, electricity, heat, and magnetic fields.
Composite materials, which are formed by combination of different materials, have the goal to increase the number of applications and to change the nowadays materials with high-performance composite materials. The field of materials research is not just evolving; it's innovating. It's moving away from traditional empirical methods and towards a more purposeful approach to materials design. A prime example of this paradigm shift is the emergence of composite materials, a blend of materials that preserve their original properties and acquire new ones. This exciting transition is driven by the desire to expand the scope of applications and to revolutionize today's materials, replacing them with high-performance composites with enhanced properties [1]
MODELO MATEMÁTICO DE MITIGACIÓN DE TEMPERATURA DE AIRE POR IMPLEMENTACIÓN DE VEGETACIÓN ARBÓREA EN LA CIUDAD DE CHIHUAHUA, CHIH. MÉXICO.
Get PDFLa isla de calor urbana (ICU) es un fenómeno que afecta la sostenibilidad de las ciudades y el Gobierno del Estado de Chihuahua ha reconocido que es una de las problemáticas que deben enfrentarse para mejorar la calidad de vida de todos los chihuahuenses. Principalmente se ha detectado que en la temporada cálida este fenómeno afecta el confort térmico humano, lo que puede influir en la morbilidad, el gasto energético, la productividad y la calidad de vida en general. Se desarrolló un modelo matemático simple basado en experimentación para aprovechar y dar sustento teórico al uso de la vegetación arbórea como herramienta para la mitigación de la ICU en la ciudad de Chihuahua, Chih. México, enfocado en las características físicas principales de la vegetación y su relación con la mitigación de la temperatura del aire. Las características físicas de altura, altura de tronco, diámetro e índice de área foliar de la vegetación de la ciudad de Chihuahua fueron determinadas a través de la revisión de literatura y por medio del monitoreo en sitio realizado en varios parques representativos de la ciudad. Se generaron 81 escenarios de experimentación a través del programa informático de simulación micro climática en ENVI-met, en los cuales se realizaron variaciones de las características físicas de la vegetación para poder identificar su relación con el efecto de mitigación de temperatura de aire. Los resultados sugieren que las características físicas del arbolado de “altura total” y “altura del tronco” tiene una relación débil con la mitigación de temperatura (r<0.2), el “índice de área foliar” muestra una relación moderada (0.4<r<0.6) y el “diámetro de dosel” muestra una relación alta (0.6<r<0.8). Como resultado final, se desarrolló un modelo matemático para que planificadores y profesionales de las ciencias urbanas, puedan aplicarlo para determinar, a partir de sus características física, el potencial de mitigación de temperatura de aire de la vegetación en la ciudad de Chihuahua, de tal manera que el diseño de áreas verdes y espacios públicos contribuyan a mejorar la calidad del ambiente térmico de manera más eficiente
PEL´ICULAS DELGADAS DE ´ OXIDOS SEMICONDUCTORES (ZnO, NiO, CuO) Y NANOPART´ICULAS DE Pt PARA SU APLICACI ´ON EN SENSORES DE CO2 DE BAJA TEMPERATURA (≤ 200 ◦C)
Get PDFEn el presente trabajo se llev´o a cabo el desarrollo (s´ıntesis) por medio de la t´ecnica de dep´osito qu´ımico
de vapor asistido en aerosol (AACVD, por sus siglas en ingl´es) de pel´ıculas delgadas mono y multi-capas
de ´oxidos puros en base a ZnO, CuO y NiO; decoradas con nanopart´ıculas de metales nobles (tales como
Pt), sobre substratos de vidrio de boro-silicato (BSG) y s´ılice fundida. A partir de la s´ıntesis antes mencionada,
fue posible proponer un sistema ´oxido-metal (SO-M) que permiti´o ser empleado como sensor de
gas resistivo de baja temperatura (<200◦C), el cual fue opcionalmente activado mediante radiaci´on UVA.
Para el sensado de gas se depositaron electrodos que permitieron monitorear la resistencia el´ectrica
del SO-M.
Por SO-M entendemos una estructura multicapa formada por uno o m´as ´oxidos tipo “p” (CuO, NiO)
o “n” (ZnO) superpuestos, decorados con nanopart´ıculas del metal noble Pt. Por ejemplo, se plante´o
llevar a cabo el estudio de pel´ıculas delgadas multicapa de ZnO-NiO-Pt desarrolladas anteriormente, con
la finalidad de explicar te´oricamente el comportamiento de estas ante la presencia de CO2.
Una vez obtenidas las pel´ıculas delgadas, estas fueron caracterizadas microestructuralmente mediante
diversas t´ecnicas, donde destacan microscopia electr´onica de barrido, microscop´ıa de fuerza at´omica y
difracci´on de rayos X, para determinar la composici´on, morfolog´ıa, espesor, fases presentes, tama˜no de
cristalita, rugosidad, etc. As´ı mismo, por medio de t´ecnicas tales como espectroscop´ıa UV-Vis-NIR, fue
posible analizar las propiedades ´opticas que los materiales poseen. Finalmente, con ayuda de una c´amara
Linkam se determino la capacidad de las muestras para el sensado de un gas de prueba (considerando
CO2 como gas principal).
Las caracterizaciones particulares de cada muestra permitieron analizar de manera detallada las propiedades
que tienen los materiales sintetizados, adem´as de ayudar a determinar su(s) futura(s) aplicaci
´on(es) en el campo del sensado de gases.
Dentro de las ventajas que presenta el desarrollo de sensores de gas de baja temperatura, se encuentran
un ahorro en el consumo energ´etico durante el tiempo de vida del dispositivo, adem´as del bajo riesgo a
presentar accidentes por explosi´on al contacto con el gas sensado y mejoras en la estabilidad y duraci´on
del dispositivo
Exploración de la sensibilidad colateral del fitopatógeno Erwinia amylovora expuesto a nanopartículas de óxido de zinc
Get PDFEl estado de Chihuahua es el principal productor de manzana a nivel nacional. Sin embargo, la
producción se ha visto afectada por diversos factores, entre ellos las plagas y enfermedades como
lo es la mancha de fuego, causada por la bacteria Erwinia amylovora, en consecuencia, genera
pérdidas económicas significativas. Para su control y tratamiento se han empleado distintos
antibióticos, sin embargo, debido al mal uso y abuso, se han reportado cepas resistentes a estos
métodos de control. Por otro lado, la nanotecnología ofrece nanomateriales con propiedades
antimicrobianas, como las nanopartículas de óxido de Zinc (ZnO-NP); no obstante, se han
reportado cepas resistentes a las nanopartículas. Para hacer frente a esta problemática, el objetivo
de esta investigación fue determinar la existencia de la sensibilidad colateral en E. amylovora
expuesta a nanopartículas de óxido de zinc. Para ello, se determinó la concentración inhibitoria de
crecimiento del 90% (IC90) y se llevó a cabo una presión selectiva, es decir, se expuso
continuamente a la cepa control E. amylovora WT a 0.2 mg/mL de ZnO-NP. Tras la exposición se
obtuvieron las generaciones de E. amylovora 13G y 20G con mayor resistencia a las ZnO-NP, con
respecto a E. amylovora WT. Para determinar la sensibilidad colateral de E. amylovora 13G y 20G,
se probaron 216 agentes antimicrobianos distribuidos en las placas de Microarreglo de fenotipo Biolog
PM de la 11 a la 19. También se determinaron los cambios en el metabolismo del carbono mediante el
uso de placas de Biolog Ecoplate. La presión selectiva a ZnO-NP en E. amylovora estimuló cambios
fenotípicos. Entre estas adaptaciones se presentó un aumento en el tamaño celular, mayor
diversidad en el uso fuentes de carbono especialmente por aminoácidos, así como un incremento
y reducción en la susceptibilidad a diferentes agentes antimicrobianos
Materiales cerámicos tipo perovskita para celdas de combustible de óxido sólido
Get PDFLa creciente demanda del sector público y privado por nuevos materiales de bajo costo que mejoren las propiedades físicas y químicas, que permitan operar a bajas temperaturas, y que además, reduzcan significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero de celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), ha sido un verdadero reto en la ciencia básica de materiales avanzados. Las celdas SOFC han demostrado rendimientos entre el 65% y el 85% cuando son combinadas con sistemas térmicos como las turbinas de gas.
Los tres elementos de una SOFC (ánodo cátodo y electrolito) son sumamente importantes, ya que pueden mejorar o afectar el funcionamiento del dispositivo electroquímico. Es importante tener en cuenta que en el cátodo se genera una reacción de reducción de oxígeno, la cual depende directamente de la presión parcial del oxígeno, esta se da en la conocida triple frontera de fase. Por lo lado, el ánodo se encarga de oxidar el combustible cediendo electrones, mientras que el electrolito forma un puente iónico entre ambos electrodos (cátodo y ánodo), evitando corto circuito. Los materiales empleados en este tipo de celdas, están fabricados de materiales cerámicos porosos (cátodo y ánodo) y óxidos densificados (electrolito), los cuales trabajan a altas temperaturas que van desde 650 °C hasta 1000 °C. Esto, da como resultado, una conductividad iónica que permite alcanzar una alta densidad de corriente a alta temperatura.
Dada la importancia de estos elementos, en esta tesis se presentan los resultados de novedosos materiales con potencial aplicación en celdas SOFC. Particularmente, la estructura cúbica tipo fluorita de Bi1.74Dy0.14W0.12-xScxO3 como electrolito, las estructuras tetragonal y cúbica tipo perovskita de Bi0.85Pr0.15-xEux Fe0.97Mn0.03O3 y Pr0.65Ba0.35MnO3, respectivamente como cátodos, así como el compósito de estructura cúbica tipo halita-fluorita NiO-GDC + Bi2O3 como ánodo.
El cátodo y ánodo han sido preparados mediante rutas de química blanda, mientras que para el electrolito se ha utilizado un molino de alta energía y reacción de estado sólido. Cada material se sintetizó a diferentes temperaturas y se caracterizó mediante difracción de rayos x (DRX), análisis por el método Rietveld con el fin de interpretar su estructura y microscopia electrónica de barridos (SEM) para temas morfológicos
Recubrimientos de alta entropía para aplicaciones tribológicas, mecánicas y anticorrosivas
Get PDFLos nitruros de aleaciones de alta entropía (HEANs) o de elementos múltiples principales (MPENs) son una alternativa emergente que está ganando atención en el campo de los recubrimientos protectores debido a la promesa de un rendimiento tribo-mecánico excepcional. Sin embargo, la respuesta operativa de los recubrimientos MPENs depende de la selección de los elementos constituyentes adecuados y de la determinación de las proporciones de composición adecuadas, que determinarán la microestructura y morfología final de los recubrimientos. Para este proyecto de doctorado se siguió una metodología que consistió en desarrollar nitruros más simples (por la cantidad de elementos) como Ti-Al-N, que sentaron las bases para el desarrollo de sistemas más complejos como Ti-Al-Mo-N y Ti-Al-Zr-Mo-N. Se estudió el comportamiento de la microestructura y la morfología en función de la variación del contenido de Mo para los sistemas más complejos. La evolución de fases evidenció cambios significativos, desde una estructura predominante B1 (Tipo NaCl) para los contenidos más bajos de Mo a una fase predominante β (tetragonal) para los contenidos más altos de Mo, lo que condujo a cambios morfológicos notables, principalmente en el tipo de crecimiento de los recubrimientos. Además, se encontró que el recubrimiento con mejor desempeño tribo-mecánico resultó cuando hay un predominio de una estructura cristalina B1. Sin embargo, se encontraron tendencias contrarias en el comportamiento anticorrosivo. Por ejemplo, el sistema Ti-Al-Zr-Mo-N mostró características que divergen de las tendencias en aleaciones menos complejas. Cuando la fase predominante es tetragonal, una reducción en la resistencia a la corrosión fue observada, contrario a lo que ocurre en Ti-Al-Mo-N, en donde se observa un mejor carácter protector contra la corrosión con una tendencia creciente a medida que aumenta el contenido de Mo y siendo la fase tetragonal predominante. Estos resultados demostraron la necesidad de estrategias de optimización para determinar el equilibrio entre los efectos opuestos de la amplia variedad de fenómenos que ocurren durante el depósito de recubrimientos MPENs, principalmente aquellos impulsados por la naturaleza de los constituyentes metálicos y su proporción atómica. El presente trabajo podría contribuir al diseño, síntesis y optimización de recubrimientos MPENs basados en propiedades predeterminadas de interés para aplicaciones específicas de la industria de recubrimientos protectore
Preparación de un grafito exfoliado mediante un procesamiento verde en fase sólida, basado en una ruta mecano-química
Get PDFEl presente trabajo se realiza con la idea de encontrar un material novedoso que pueda ser usado en la aplicación de remoción de aceites livianos en agua. La experimentación se realizó en diferentes etapas; en un inicio se lleva a cabo un proceso de exfoliación del grafito natural, siguiendo una ruta verde mediante molienda mecánica utilizando un molino SPEX 8000MN en una atmosfera inerte (gas argón). Para realizar la exfoliación del grafito natural se usó carbonato de calcio (CaCO3). El grafito exfoliado CaCO3, nos ayudó a la remosión de un tinte (azul de metileno) en agua, pero no funcionó para remosión de aceite liviano. Por lo que se continua con la experimentación, en una segunda etapa se busca un material expandido, aplicando una ruta eco amigable con una modificando el método Hummers [1]; como medio de expansión se usó un microondas (expansión rápida). El grafito expandido (IGex) se usa para la remosión del aceite en agua contaminada. Se hicieron pruebas de volumen de expansión (VE) y de capacidad de adsorción (AO), los valores alcanzados son de 594.8 ml g-1 y de 97.1 g g-1 respectivamente. El IGex se comparó con un grafito expandible comercial, obtenido en Sigma Aldrich (CEGex), con valores de 541.2 mL g-1 de volumen expandido y de 76.4 g g-1 de capacidad de adsorción en un tiempo de 30s de expansión rápida
Estudio de XPS, EELS y Magnetización en Nanofibras de CuO, puras y dopadas con Mn
Get PDFEn este trabajo se presenta un análisis electrónico en nanofibras (NFs) de CuO puras, y dopadas con Mn, sintetizadas mediante el método de electrospinning, caracterizando a través de las técnicas de DRX (Difracción de Rayos-X), HR-TEM (Microscopía Electrónica de Transmisión de Alta Resolución), XPS (Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X), EELS (Espectroscopía de Pérdida de Energía de los Electrones) y VSM-SQUID (Magnetometría de Muestra Vibrante - Dispositivo de interferencia superconductora). Los espectros de DRX experimentales y teóricos (Rietveld) revelaron la presencia de la fase tenorita, corroborada con el PDF 80-1268 (Power Diffraction File). El tamaño y sus formas geométricas predichas mediante el software Fullprof suite y GFourier mostraron similitud a las experimentales. Los resultados de XPS permitieron calcular estados multivalentes CuxO (x=1+, 2+, 3+), vacancias de oxígeno (Vo), oxígeno químicamente adsorbido (Ao) y mediante el Shirley tipo SVSC (Shirley-Vegh-Salvi-Castle) se determinó la energía de recombinación electrón-hueco. Por otra parte, se cuantificaron los componentes de Cu y O, y en el caso del dopado, también el Mn, encontrando que los óxidos son no estequiométricos debido al efecto Jahn-Teller. Las muestras de CuO mostraron un comportamientognético, y las dopadas presentaron ser paramagnéticas. Adicionalmente, en el material en bulto correspondiente de CuO, varios autores [1,2] han mostrado la presencia de una fase antiferromagnética a 230 K, mientras que en las nanofibras esa fase no apareció en esa misma temperatura. Finalmente, la técnica EELS proporcionó información sobre el bandgap a través de métodos modernos y quitando el efecto relativista de la medición inicial
EECTO DE NANOESTRUCTURAS ORO-SÍLICE EN ARTRITIS REUMATOIDE INDUCIDA POR COLÁGENA
Get PDFLa artritis reumatoide (AR) es una enfermedad inflamatoria autoinmune crónica que
afecta a las articulaciones y causa un daño progresivo que, en la ausencia de un
tratamiento adecuado, puede terminar en discapacidad. Se caracteriza por un
reclutamiento excesivo de células inflamatorias dentro de la membrana sinovial que
conlleva a hiperplasia sinovial, neovascularización, erosión secundaria de cartílago y
hueso y posteriormente la destrucción de la articulación y su deformación. Además de
las características articulares, la inflamación sistemática que presenta la AR repercute
negativamente a nivel sistémico afectando varios órganos, incluyendo las estructuras
cardiovasculares (McInnes & Schett, 2011).
Las sales de oro han demostrado ser eficaces en el control de algunos pacientes con AR
(Massai et al., 2021) y otros padecimientos relacionados como el lupus eritematoso
sistémico (Wallace, 2013) y la artritis psoriásica (Salvarani et al., 1989). Sin embargo, su
uso ha sido limitado en las últimas décadas por la llegada de terapias presumiblemente
más seguras y efectivas. Al aplicar estos tratamientos, los iones de oro se unen a la
albúmina y su vida promedio esta entre los 5 y 7 días (Balfourier et al., 2020). Sin
embargo, después de varios tratamientos, su vida media se eleva y sus trazas son
detectables en varios tejidos incluyendo el hígado, riñones y membrana sinovial. Estas
trazas pueden permanecer en el tejido por décadas (James et al., 2015) y probablemente
de manera indefinida debido a que los iones de oro provenientes de las sales se
combinan con el azufre formando aurosomas que aparecen como vesículas densas
intracelulares (Yamashita, 2021).
Aun así, los efectos benéficos de las sales de oro en el control del proceso inflamatorio
y la remisión sostenida por una porción de los pacientes siguen siendo de interés en la
búsqueda de tratamientos efectivos para AR y condiciones relacionadas. Por esta razón
y gracias a los avances en nanotecnología, se han desarrollado métodos alternativos
para el tratamiento de la AR con oro, ya sea en forma de nanopartículas (Jhun et al.,
2020; Kirdaite et al., 2019; Leonavičienė et al., 2012; Sumbayev et al., 2013) o
nanoestructuras de oro combinadas con polímeros (Yaqoob et al., 2020) que podrían ser
una estrategia más segura de acarrear compuestos de oro dentro de la membrana
sinovial inflamada.
Los modelos animales son un paso crucial para evaluar nuevas terapias en AR (Hong et
al., 2020). Particularmente, la AIC e