Repositorio Institucional de CIMAV (Centro de Investigación en Materiales Avanzados)
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Material nanocompuesto basado en derivados de grafeno/acetato de celulosa y su evaluación como electrodo en supercapacitores
Get PDFHoy en día, con el aumento de la población y la mejora de la tecnología hacia dispositivos cada vez más portátiles, ha crecido el interés en desarrollar nuevos y mejores dispositivos de almacenamiento de energía, tales como baterías y supercapacitores, que permitan la alimentación energética de dispositivos durante periodos prolongados de tiempo. Entre los dispositivos de almacenamiento de carga, los supercapacitores se diferencian de las baterías ya que muestran un rendimiento de alta potencia con tiempos cortos de carga y descarga de energía, además de mayor vida útil. Sin embargo, la cantidad de energía almacenada es menor que el de las baterías. Por este motivo, y en la búsqueda del uso eficiente de componentes en la electrónica de consumo multifuncional, se están desarrollando proyectos innovadores que buscan que los supercapacitores sean cada vez más delgados, más ligeros, flexibles y con mayor capacitancia. En este trabajo se propone que los materiales de la familia del grafeno como el óxido de grafeno (GO) y el óxido de grafeno reducido (rGO), apoyados en la formación de materiales nanocompuestos de matriz polimérica, pueden presentar una extensa gama de propiedades, con amplio potencial para su aplicación como supercapacitores con un mejor desempeño. La investigación tuvo como resultado la obtención de GO, rGO y óxido de grafeno reducido funcionalizado con octadecilamina (rGO-ODA) por el método de Hummers modificado, seguido de la reducción química. Para el caso de los rGO se obtuvieron materiales de pocas capas ( ≤5 capas ), con grupos funcionales que facilitaron la dispersión en una matriz polimérica de acetato de celulosa. De esta forma se consiguieron soluciones de materiales nanocompuestos que permitieron la elaboración de membranas electrohiladas, las cuales fueron utilizadas como electrodos para llevar a cabo la caracterización electroquímica por voltamperometría cíclica. Los resultados obtenidos muestran capacitancias dentro de lo considerado para supercapacitores en el rango de Faradios, siendo la mayor capacitancia de 5.982 F/g obtenida con el arreglo de tres electrodos para el material nanocompuesto de 0.1% GO/CA. Por otro lado, para el arreglo de dos electrodos el mayor valor de capacitancia fue de 1.143 F/g para el material de 0.2% GO/CA. En general la adición de los materiales derivados de grafeno presentó un aumento en el valor de sus capacitancias con respecto los electrodos de acetato de celulosa
AEROGEL OF CHITOSAN (CS) AND POLYVINYL ALCOHOL (PVA) REINFORCED WITH GRAPHENE OXIDE (GO): SYNTHESIS, CHARACTERIZATION, AND APPLICATION AS COMPOSITE
Get PDFAerogels are unique materials that possess extraordinary properties such as high
porosity, low density, and excellent mechanical, thermal and acoustic insulation
properties. They have been widely researched for various applications due to their
exceptional features. Aerogels composed of chitosan (CS), polyvinyl alcohol (PVA)
and graphene oxide (GO) are a recent development and have garnered significant
attention due to their exceptional properties.
Chitosan (CS) is a biopolymer derived from chitin, which is a natural polymer found in
the exoskeleton of crustaceans and insects. It has excellent antibacterial properties
and is biodegradable. Polyvinyl alcohol (PVA) is a synthetic water-soluble polymer that
is known for its high tensile and mechanical strength. Graphene oxide (GO) is a twodimensional material that has exceptional mechanical, thermal, and electrical
properties.
When combined, these materials result in an aerogel with exceptional properties that
can be used in various applications. These aerogels can be used as a catalyst support,
drug delivery systems, thermal insulation materials, sensors, and in energy storage
systems. They are also used in aerospace and automotive industries due to their
lightweight and high strength-to-weight ratio. Moreover, they are environmentally
friendly and biodegradable, making them ideal for various sustainable applications.
One of the main advantages of incorporating graphene oxide (GO) as a reinforcement
into aerogels is its high surface area and ability to enhance mechanical properties.
Graphene oxide (GO) can also facilitate the dispersion of chitosan (CS) and polyvinyl
alcohol (PVA) in the aerogel matrix due to its strong interaction with the polymers, thus
improving the stability and performance of the aerogel.
The importance of aerogels composed of chitosan (CS), polyvinyl alcohol (PVA), and
graphene oxide (GO) lies in their unique properties and the diverse range of potential
applications they offer in various fields such as medicine, construction, and industry,
leading to the development of more eco-friendly and sustainable technologies
Mapas de densidad electrónica y cálculos de esféricos armónicos microestructurales en cerámicos de BaTiO3 obtenidos por spark plasma sintering
Get PDFSe realizaron moliendas de alta energía sobre polvos comerciales de BaTiO3 con una inicial coexistencia de fases ferroeléctricas (tetragonal, ortorrómbica y romboédrica). En los polvos sometidos al proceso de molienda, por medio de la microscopía electrónica de barrido y transmisión, se estudiaron los cambios en la composición química de los polvos por espectroscopía de rayos X de energía dispersiva, así como el estudio de la morfología de las partículas. A partir del patrón de difracción de rayos X, se realizó el refinamiento Rietveld para el estudio de los cambios estructurales y microestructurales producidos por la molienda como lo son: la densidad electrónica por el método de máxima entropía, la proporción de fases, cambios en los parámetros de red, variaciones en las coordenadas fraccionales de los átomos, el tamaño y forma promedio de cristalita y microtensiones por el método de esféricos armónicos manejado en la función Thompson-Cox-Hastings-pseudo-Voigt.
En los polvos se observó que no hubo un cambio sustancial en la composición química y que el tamaño de partícula se redujo. De igual manera, la fase tetragonal comenzó a predominar por encima de la fase ortorrómbica hasta alcanzar una proporción de fases de 9:1, los parámetros de red de ambas fases se incrementaron gradualmente, así como las microtensiones lo que indico que el tamaño de cristal se redujo y tendió a tomar una forma esférica. El incremento en los parámetros de red (variación de las coordenadas fraccionales atómicas) dio como resultado una disminución gradual de la densidad electrónica para todos los átomos. Los cambios antes mencionados sucedieron en función al tiempo de molienda.
Partiendo del polvo con 4 horas de molienda se sinterizaron pastillas por la técnica de sinterización asistida por plasma con una rampa de calentamiento de 100°C/min hasta una temperatura máxima de 1100°C con un esfuerzo axial aplicado durante todo el proceso de sinterización de 50 MPa y un vacío ≈ 2x100 Pa. La variable que se manipuló fueron los tiempos que se mantuvo la sinterización a temperatura máxima, los cuales, consistieron en 1, 3, 5 y 7 minutos. Una vez transcurrido el tiempo a temperatura máxima, se retiró de inmediato el esfuerzo axial y se apagó el suministro de energía. Las pastillas fueron sometidas a dos tratamientos térmicos: el primero de 1000°C durante 16 horas para la extracción del grafito difundido en el proceso de sinterización y el segundo de 1200°C durante 4 horas para inducir el c
“DESARROLLO DE LIPOSOMAS COMO NANOACARREADORES DE VERDE DE INDOCIANINA CON POSIBLE APLICACIÓN EN TERAPIA FOTODINÁMICA”
Get PDFEn el presente trabajo de investigación se sintetizaron liposomas por medio de la técnica de película
fina, haciendo modificaciones para lograr la encapsulación de nanopartículas de oro (NPs de Au) y el
fotosensibilizador verde de indocianina (ICG). Este material se caracterizó y se evaluó para
determinar su capacidad como transportador y sus propiedades fotodinámicas al implementar la
terapia fotodinámica (TFD). La caracterización empleando la espectroscopía UV-Vis determinó el
porcentaje de encapsulamiento del ICG en los liposomas integrando NPs de Au y sin su incorporación,
encontrando que, se encapsuló 75% del ICG total en ambos casos. Por otro lado, por medio de
microscopía electrónica de transmisión (TEM) se determinó la morfología de los liposomas,
corroborando su correcta síntesis, al igual que la determinación de la encapsulación de las NPs de Au.
Las propiedades fotodinámicas de este material se evaluaron en el protozoario ciliado: Paramecium.
Comparando con variantes de estos materiales, se evaluó la acción fotodinámica al integrarse los
materiales en el Paramecium e irradiar con láser de 808 nm a 500 mW en un área de 0.1 mm2, se
determinó este efecto al observar la motilidad del protozoario en un microscopio óptico en diferentes
periodos de tiempo de irradiación. Con base en lo anterior se observó que, la muestra de Paramecium
que presentaba los liposomas cargados con ICG y NPs de Au, presentó un efecto de nocivo para la
población de Paramecium después de 40 minutos de irradiación láser. Para las otras alternativas
estudiadas, el efecto nocivo hacia el protozoario fue menor en el mismo tiempo a pesar de usar las
mismas condiciones de irradiación
Remoción de arsénico y cadmio en agua usando zeolitas como material adsorbente
Get PDFEn este proyecto se caracterizó y analizó las propiedades adsorbentes de
un cristal aluminosilicatos denominado zeolita, originario de Chihuahua.
La caracterización por medio de difracción de rayos x comprobó que se
trata de la zeolita tipo clinoptilolita de estructura heulandita. Mientras que
la caracterización por método Brunauer-Emmett-Teller (BET) mostró
signos de posible reactivación y la caracterización por microscopia
electrónica (SEM) mostró características de material poroso. Se buscó
encontrar la capacidad de adsorción para los elementos arsénico y cadmio
en solución acuosa a un pH cercano a 7, además de las isotermas de
adsorción. Se encontró que la remoción fue favorable alcanzando un valor
máximo de 1.015 mg g
-1 y 1.345 mg g
-1 para el arsénico y cadmio
respectivamente. Ambos metales se adaptaron mejor al modelo de
Freundlich indicando una adsorción heterogénea multicapa
Evaluación de la interferencia de iones presentes en aguas subterráneas sobre procesos de remoción de Arsénico en condiciones sulfato reductoras
Get PDFEl agua subterránea contaminada con As es un problema de interés global debido a que
es la principal fuente de consumo humano en zonas áridas y semi-áridas del planeta y puede
provocar importantes efectos secundarios en la salud humana. El desarrollo de tecnologías
fisicoquímicas y biológicas se ha implementado para la eliminación del As, sin embargo, la
presencia de algunos iones disueltos en las aguas naturales, puede afectar la eficiencia de
remoción como se ha observado en distintos estudios de adsorción, intercambio catiónico,
electrocoagulación, etc. El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto individual y
combinado de iones como el Na+, Ca2+, Mg2+, NO3
- y F-
, en procesos de remoción de arsénico
en condiciones sulfato reductoras, empleando hierro elemental como único donador de
electrones.
Para ello, se obtuvo un lodo anaerobio procedente de la planta tratadora de aguas
residuales de la localidad de Chihuahua, el cual fue acondicionado y activado durante 141 días,
previos al montaje del experimento. La evaluación del efecto individual y combinado se realizó
en ensayos en lote con agua subterránea sintética, donde se adicionaron 0.2 mg/L As5+, la
cantidad necesaria de soluciones patrón para obtener concentraciones similares a las reportadas
en estudios de caracterización de agua en la región de Chihuahua, ZVI como donador de
electrones y 10% v/v de lodo anaerobio. Durante los ensayos, se determinó el consumo de
sulfato por precipitación con BaCl2, así como la concentración de arsénico total por ICP
acoplado a un nebulizador ultrasónico para conocer la eficiencia de remoción. En los
tratamientos con el ión F-
, también se determinó ese ion utilizando un potenciómetro acoplado
a un electrodo de ion selectivo
Efecto de la deformación y contenido Mg en las Propiedades Mecánicas de la Aleación Al2.33CuXMg
Get PDFEl sistema Al-Cu-Mg es uno de los sistemas más estudiados debido a la importancia
tecnológica de las aleaciones base aluminio a nivel mundial. Sin embargo, la mayoría de
los estudios no abordan el efecto sinérgico de la adición de algún elemento aleante
(magnesio) con la deformación plástica, sino que se enfocan en determinar los efectos
aislados de cada variable. Así la presente investigación, se enfoca en evaluar la
contribución conjunta de los efectos mencionados principalmente sobre los mecanismos
de endurecimiento y la propiedad mecánica de dureza a fin de contribuir a un mayor
entendimiento de esta interacción.
En el presente trabajo de investigación se estudió la aleación Al2.33Cu en función de su
deformación (ξ), reduciendo el espesor a 30% y 50%, estudiando sus propiedades
mecánicas bajo la adición de Mg en sus diferentes etapas de tratamiento térmico y
mecánico.
Se fabricaron aleaciones mediante el proceso de fundición, utilizando diferentes
cantidades de Mg (0, 1.78, 1.96 y 2.24%) en la aleación de aluminio Al2.33Cu, se
extruyeron las muestras, seguido se realizó un tratamiento de solución a 495°C con
temple en agua y posteriormente se realizó una curva de envejecido (1, 2, 4.5, 10, 20,
45, 100, 200, 450, 1000, 2000, 4500 y 10000 min) a una temperatura de 195°C.
Se realizó caracterización por microscopía óptica, difracción de rayos X y Microscopía
electrónica de barrido en sus primeras etapas (colada, extrusión y solución), así como
mediciones de micro dureza en cada una de sus etapas.
Esta investigación se enfocó en la importancia y el efecto del magnesio en las aleaciones
de AlCu y el efecto de la deformación, como consecuencia en el impacto las propiedades
mecánicas de dureza de la aleación
Synthesis of Ferroelectric and Multiferroics Thin films of BiMnO3/ SrTiO3 and Structural, Piezoelectric, Magnetic, Optical, and Mechanical Properties Characterization
Get PDFMultiferroic characteristics of BiMnO3 thin films offer great prospects to explore, either
in terms of ferroelectricity, ferromagnetism, or ferroelasticity. Ferroelectric and
ferromagnetic materials can be used in data storage due to their electrical and magnetic
properties. Ferroelastic can find its application in microelectromechanical systems
devices. This dissertation focused on the synthesis, characterization, and improvement of
the multiferroic properties of polycrystalline BiMnO3 thin films as well as the elaboration
influence of Cu on the magnetism of BiMnO3 thin films. BiMnO3 films were grown on
three different substrates, Si (001), Pt-buffered Si (001), Nb-doped SrTiO3 (100), and also
doped with different amounts of Cu. The films were characterized using techniques such
as X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), HRTEM
observations, by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy
(AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, Visible-near-IR
spectroscopy (Vis-NIR), electron energy loss spectrometer (EELS), nanoindenter,
superconductor quantum interference device (SQUID) magnetometer, and finally, the
polarization-electric field (P-E) hysteresis loops of the BiMnO3 thin films were conducted
at 200 and 300 K. There are several studies on the growth of thin films, however, they are
not clear and in some cases contradictory, therefore, different parameters were controlled
during the deposition in terms of working pressure, RF power, substrate, deposition
10
temperature, and target to substrate distance. After deposition ex-situ thermal treatment
was carried out in order to compensate for the volatility of bismuth and also to eliminate
secondary phase.
Kramer’s–Krӧnig analysis was used to determine bandgap, via a polynomial fit in the
energy loss function (ELF) plot with an Eg = 1.63 eV, complex dielectric function, and
static dielectric constant, ε* = 4.68 of the grown BiMnO3 thin films. The reflection
coefficient Ґl of the BiMnO3 thin films was used to elucidate the reflection loss in the
BiMnO3 thin films. XPS analysis revealed the existence of Mn charge transition of 3+
and 4+ states. Resistivity result describes BIMnO3 as a semiconductor. The
nanomechanical characterization demonstrated that the region of penetration depth was
below 10% of BiMnO3 film thickness. Young's modulus (E), hardness (H), and Stiffness
(S) were measured to be 142 ± 3 GPa, 8 ± 0.2 GPa, and 44072 ± 45 N/m respe
Síntesis y caracterización de SnO2 macroporoso usando microesferas de polimetilmetacrilato
Get PDFEn el presente trabajo de tesis se obtuvieron recubrimientos
macroporosos de dióxido de estaño (SnO2) y dopado con Flúor (SnO2:F) por el
método “Doctor Blade”. Como sal precursora se utilizó Tetracloruro de estaño
pentahidratado (SnCl4-5H2O) y como dopante Fluoruro de amonio (NH4F). Las
esferas de Polimetilmetacrilato (PMMA) obtenidas mediante polimerización por
emulsión se utilizaron como platilla para obtener el material macroporoso de
SnO2 y SnO2:F. Los métodos de secado usados después del depósito de los
recubrimientos fueron de gran importancia y cruciales para evitar la formación
de imperfecciones y grietas en los recubrimientos, se propusieron dos: un
secado en un sistema cerrado (SC) y un sistema abierto (SA). Ambos procesos
de secado fueron seguidos de tratamientos térmicos para eliminar la plantilla de
PMMA. Por último, se midió la resistencia eléctrica en aire de los materiales,
obteniendo 40,855 y 5,921 Ω para el SnO2 y SnO2:F, respectivamente. Los
materiales obtenidos muestran una ligera sensibilidad al exponerse a 500 ppm
de CO lo que los hace candidatos para el sensado de este gas y algunos otros
Remoción de DQO y SST con biorreactor tipo Nereda escala laboratorio implementando una membrana de microfiltración y flujo en región laminar
Get PDFEl tratamiento de aguas residuales municipales es una práctica ampliamente
extendida para la reutilización y posterior reincorporación de aguas contaminadas a
las redes de distribución del vital líquido en una ciudad, ya sean redes industriales,
agrícolas o domésticas. La Ciudad de Chihuahua, capital del estado del mismo
nombre, no es la excepción al contar con dos plantas tratadoras de aguas residuales
(PTAR) para satisfacer la demanda de salubridad que requiere su población. Dichas
plantas tienen un proceso de lodos activados aerobios, por lo cual son consideradas
plantas convencionales.
Una de las desventajas que presentan dichos sistemas convencionales, es
la separación del lodo floculante, la cual se da mediante un proceso lento de
sedimentación. Gracias al desarrollo de los gránulos aerobios, en 2005 en los
Países Bajos, se puso en marcha la primera planta de tratamiento de aguas
residuales Nereda. Dicha tecnología consiste en aprovechar la geometría de los
gránulos, que permite una rápida sedimentación de estos, para formar una capa de
lodos al fondo del tanque de alimentación. Esta capa funciona como una barrera
física y es la clave para el funcionamiento de la tecnología Nereda, puesto que la
misma funge como un separador dentro del mismo tanque. Con la capa de lodo
presente, por la parte inferior del tanque se puede alimentar agua residual sin que
ésta entre en contacto con el agua ya tratada ubicada por encima del lodo. Así se
obtiene una ventaja por parte de la tecnología Nereda por sobre la granulación
aerobia tradicional, puesto que el llenado y vaciado del tanque se puede realizar de
manera simultánea