Preparación de materiales nanoestructurados por método solvotermal y estudio de las propiedades electrónicas y estructurales del óxido de grafeno reducido dopado con Fe, Co, Ni y Cu.

Dentro del contexto de la nanociencia y nanotecnología, es de suma importancia desarrollar un mayor entendimiento sobre los procesos de síntesis de los materiales nanométricos así como el entendimiento de las propiedades físicas que tienen estas nanoestructuras, por estas razones en este trabajo se realiza una investigación abarcando el área experimental y teórica en la nanociencia. En este sentido, este trabajo está sustentado en dos áreas primordiales de la nanociencia, en la parte experimental en la cual se estudian materiales de gran interés tecnológico como lo son la hidroxiapatita y el óxido de grafeno. En el caso de la hidroxiapatita se observa el efecto del uso de precursores de origen natural en el proceso de síntesis, en su forma y tamaño. Así como la preparación de nanocompuestos de óxido de grafeno reducido y óxido de grafeno reducido adornado con nanopartículas metálicas. En la parte teórica se estudia las propiedades electrónicas y estructurales del óxido de grafeno reducido dopado con elementos del grupo IV usando herramientas computacionales dentro del marco de la DFT. Como consecuencia la investigación hecha en este trabajo se establece en capítulos los cuales están estructurados de la siguiente maner

Modelo de nucleación y crecimiento de capas nanoestructuradas de óxido de zinc sobre sustratos cerámicos con aplicación a materiales fotovoltaicos híbridos

La tesis doctoral que se presenta, se basa en la obtención de células solares híbridas sobre sustrato cerámico. Para ello ha sido necesario durante la ejecución de la misma el estudio, experimentación, caracterización y optimización de cada una de las capas que la componen. Siendo estas capas: 1. Esmalte cerámico. Dicha capa desempeña la función de capa barrera entre la cerámica y el material fotovoltaico. En la tesis se ha desarrollado la formulación, caracterización y procesado del mismo. 2. Contacto trasero. El contacto trasero de la célula ha de ser un material conductor de la corriente eléctrica y que además presente un buen anclaje físico y químico con la cerámica, además de que su nivel de energía de Fermi sea el adecuado para la trasmisión de las cargas generadas en el material fotovoltaico y así poder recolectarlas en el circuito externo. 3. Material transportador de cargas. Se ha empleado ZnO nanoestructurado como transportador de cargas obtenido por vía electroquímica. El estudio realizado de esta capa ha sido el más exhaustivo, obteniendo los modelos de nucleación y crecimiento del mismo, así como el desarrollo de una novedosa técnica de electrodeposición que permite la obtención de nanoestruturas de ZnO con las propiedades óptimas para su funcionalidad. 4. Material fotovoltaico. Como material fotovoltaico se ha empleado una unión de sendos polímeros P3HT y PCBM, empleada en dispositivos poliméricos convencionales. 5. Capa de contacto delantero MoO3-Au.Reyes Tolosa, MD. (2012). Modelo de nucleación y crecimiento de capas nanoestructuradas de óxido de zinc sobre sustratos cerámicos con aplicación a materiales fotovoltaicos híbridos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14725Palanci

Desarrollo y evaluación teórico-experimental de sensores de CO2 basados en óxidos metálicos semiconductores WO3, ZnO y SnO2

"El cambio climático y la pandemia de COVID-19 representan dos de los más grandes retos que ha enfrentado la humanidad. La suma de esfuerzos de todos los actores de la sociedad se hace cada vez más crucial y necesaria. Uno de estos actores es la ciencia, que tiene un rol de suma importancia como facilitador de soluciones prácticas, eficientes y que además deben responden a una llamada imperiosa a causa de la urgencia que vivimos. La detección y monitorización del CO2se presenta como una estrategia clave para mitigar los efectos de estos retos mencionados. Los semiconductores de óxidos metálicos, dentro de los que destacan el WO3, ZnO y SnO2,son materiales prometedores con la posibilidad de uso como sensores de gas debido a sus evidentes propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y eléctricas, qué hacen de estos tres compuestos los más utilizados en aplicaciones de detección de gases"

Desarrollo de polímeros y superficies electro-ópticas

En el presente trabajo de tesis doctoral se realizó la caracterización y evaluación de nuevas estructuras orgánicas poliméricas con potencial aplicación en el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos, como así también la construcción y caracterización de dispositivos fotovoltaicos conteniendo perovskitas híbridas orgánica-inorgánica como material fotoactivo.En una primer parte, se sintetizaron electroquímicamente películas poliméricas de porfirinas las cuales fueron caracterizadas mediante técnicas electroquímicas, espectroscópicas y espectro-electroquímicas. También fueron analizadas mediante medidas de fotovoltaje superficial, observándose en todos los casos la generación fotovoltaje, dependiendo la dirección en la cual ocurría la separación de cargas de la presencia de Zn(II) como metal central en el macrociclo. Por tal motivo, luego se estudió la influencia de un material aceptor de huecos y de un aceptor de electrones en los procesos de fotogeneración de dichas porfirinas, empleándose PEDOT generado electroquímicamente, y C60 y un derivado funcionalizado de éste. En este caso se observó que la presencia de dichos materiales selectivos a cargas ocasiona cambios en la dirección en la cual son separadas las cargas en el arreglo de bicapa con respecto a la capa simple de porfirina. También se generaron y estudiaron heterouniones conformadas por una porfirina metalizada y su base libre homóloga, donde mediante medidas de fotovoltaje se vió que la eficiencia con la cual la bicapa da lugar a estados de separación de cargas depende de la configuración del arreglo. Por otra parte, se sintetizó electroquímicamente y se caracterizó un polímero del tipo ?doble-cable? a partir de un monoméro constituido por una porfirina funcionalizada con C60 en una de sus posiciones meso. Se analizó también su capacidad para generar fotovoltaje, observándose que, tales polímeros resultaron ser más eficientes en la generación de que su homológo sin C60, lo cual los convierte en materiales con potencial aplicación en dispositivos fotovoltaicos.También se realizó el estudio sistemático de una serie de celdas solares basadas en perovskitas híbridas preparadas a partir de procesos en solución. Estas perovskitas, de fórmula general MAPbX3 (X = Cl, Br, I), exhibieron propiedades ópticas dependientes de la composición en halogenuros, incrementándose su energía de band-gap a medida que la proporción Br/I era mayor, mientras que la presencia del Cl durante el proceso de síntesis afecta las propiedades cristalinas de dicho material. Los dispositivos fueron preparados con diferentes arquitecturas mesoscópicas de celda, utilizándose TiO2 y Al2O3 nanoestructurados. También se realizó la caracterización fotovoltaica de dichos dispositivos, y el análisis de los procesos de recombinación mediante medidas de espectroscopía de impedancia electroquímica. Tales resultados revelaron que la presencia de Cl y Br en la red cristalina de la perovskita incrementan la resistencia de recombinación, lo cual se traduce en una mejor performance del dispositivo. Además, dicha resistencia de recombinación resultó ser mayor para los dispositivos conteniendo Al2O3 en comparación a su contraparte con TiO2. Por otra parte, cuando se estudió la estabilidad de los dispositivos, se observó que aquellos que contenían bromo resultaron ser los más estables.Por último se llevó a cabo la construcción de un dispositivo fotovoltaico basado en la perovskita MAPbI3 empleando una película polimérica conteniendo unidades de C60 como material aceptor de electrones en reemplazo del TiO2. Dicho polímero fue sintetizado electroquímicamente sobre electrodos de FTO mediante ciclos sucesivos de voltametría. Cuando se realizó la caracterización fotovoltaica de los dispositivos, la performance de éstos resultó ser mayor que su contraparte sin C60, demostrando que dicho material actúa eficazmente como aceptor de electrones en dichos dispositivos.In this phD thesis work was carried out the characterization and evaluation of new polymeric organic structures with potential application in the development of optoelectronic devices, as well as the construction and characterization of photovoltaic devices containing hybrid organic-inorganic perovskites as photoactive material. In a first part, porphyrin polymer films were electrochemically generated and characterized by electrochemical, spectroscopic and spectroelectrochemical experiments. Furthermore, they were analyzed by both transient and spectral dependent surface photovoltage measurements, shiwing that the direction in which the charge separation occurred depended on the presence of Zn (II) as the central metal in the macrocycle. For this reason, it was studied the effect of a hole acceptor and an electron acceptor material in the photogeneration processes of those porphyrins. For this purpose, it was used PEDOT electrochemically generated and C60 as charge selective materials, showing that the presence of a charge selective material dramatically change the direction in which the photocarriers are separated after photoexcitation of the porphyrin films, independiently of the presence of Zn(II) the porphyrin. In addition, heterojunctions formed by a metallized porphyrin and its homologous free base were generated and analyzed by means of photovoltage measurements, showing that the efficiency in the generation of photocarriers depends on the configuration of the array. On the other hand, a polymer containing both porphyrin and C60 covalently linked was electrochemically generated and characterized by means of electrochemical, spectroscopic and spectroelectrochemical measurements. The polymerics film were analyzed through photovolotage measurements showing that upon porphyrin excitation, the photovoltage generated is larger than the same for the homologues porphyrin polymer film, enlighten the effect of the presence of the C60 electron acceptor in the polymer structure. These results demonstrate that all materials studied are promising candidates for application in the development of optoelectronic devices. Moreover, a systematic study of a series of solution-processed perovskite solar cells was carried out. These perovskites, whose general formula is MAPbX3 (X = Cl, Br, I), showed tunable optical properties depending on the nature and ratio of the halides employed, increasing their band-gap energy as the ratio of Br/I was higher. In addition, the presence of Cl during the synthesis process affects the crystalline properties of such materials. The devices were prepared with different mesoscopic cell architectures, using nanostructured TiO2 and Al2O3, and their photovoltaic characteristic were measured. An analysis of the recombination processes was carried out by means of electrochemical impedance spectroscopy measurements. Such results disclose that the insertion of both Cl and Br in the perovskite lattice reduces the charge recombination rates in the light absorber film, thus determining the open circuit voltage (VOC) of the device. The samples prepared on a mesoporous Al2O3 electrode present lower charge recombination rates than those devices prepared on mesoporous TiO2. Furthermore, the adittion of Br in the perovskite structure has demonstrated to improve slightly the device lifetime of the devices. Finally, the construction of a photovoltaic device based on the MAPbI3 perovskite was carried out using a polymer film containing C60 units as electron acceptor material in replacement of TiO2. The polymer was electrochemically synthesized on FTO electrodes by cyclic voltammetry and characterized by means of electrochemical and spectroscopic measurements. The photovoltaic properties of the devices have shown that the performance of the cells containing C60-based polymer was greater than their counterpart without C60. This result demonstrated that the polimeric material acts efficiently as an electron acceptor in such devices based on perovskites.Fil: Suárez Ramanzin, Maria Belen. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentin

Estudio introductorio al modelado y simulación de redes de nanotubos de carbono aleatorios, como electrodo transparente para celdas solares orgánicas

En el presente informe se describe los resultados obtenidos durante las pasantías de investigación realizadas en el Grupo de investigación en Automatización Industrial y Control “GAICO” con asesoramiento del Centro de Micro y Nanotecnología de la Universidad de los Andes. En dicha pasantía se realizó el estudio del modelamiento de electrodos de nanotubos de carbono (CNT) para celdas solares orgánicas, el cual será la base de partida para el posterior modelamiento de la interfaz de la celda solar y así determinar los parámetros indispensables para el mejoramiento de la eficiencia de conversión de energía. Además, se conocieron los simuladores aptos para dicho modelamiento tales como Medici, Comsol, Silvaco y Nanohub.Incluye bibliografía, anexo

Nanomateriales híbridos para el diseño de biosensores enzimáticos electroquímicos

En la actualidad, la ingeniería de nanomateriales está considerada como una de lastecnologías emergentes más importantes, la cual deberá impactar significativamente en lacalidad de la ciencia y la sociedad en los próximos años. Esta rama científica ha abierto laposibilidad de diseñar nanomateriales avanzados a medida, los cuales presentanpropiedades físico-químicas y funcionales concretas, logradas mediante la manipulaciónracional de sus composiciones químicas, morfología, tamaño y derivatización superficial.Estos novedosos nanomateriales permitirán la producción de una nueva generación debiomateriales, sistemas de computación, pinturas y otros recubrimientos protectores,sistemas de liberación controlada de fármacos, ropas y accesorios inteligentes, dispositivoselectrónicos y sistemas sensores de dimensiones nanométricas y propiedades mejoradas.En este contexto, el objetivo principal de la ingeniería de nanomateriales es elestablecimiento de estrategias originales para la preparación racional de nanoestructurascon propiedades fisicoquímicas y funciones únicas y bien definidas. En este sentido, eldesarrollo de nuevos nanomateriales funcionales para su utilización en aplicacionesbiológicas emergentes es un tema de investigación de plena actualidad que recibe un interésmuy especial dentro de la comunidad científica internacional.Una de las estrategias más efectivas para la preparación de nanoestructuras a medida esla funcionalización con otros materiales moleculares o nanométricos. Estos materiales debenproporcionar grupos funcionales específicos para garantizar una alta biocompatibilidad,hidrofilicidad y capacidad para la inmovilización estable de macromoléculas bioactivas. Apartir de esta metodología se obtienen nanomateriales híbridos en los cuales la estructura,el nivel de organización y las propiedades nuevas y sinérgicas están moduladas por lanaturaleza química y la arquitectura molecular de los componentes individuales..

Temas selectos en ciencia de materiales i (pdf)

Se presentan una selección de 12 capítulos de diferentes investigadores , los temas de esta obra se encuentran relacionados con polímeros y sus compuestos, nanoestructuras metálicas y óxidos metálicos.El presente libro de investigación tiene como objetivo difundir a la comunidad estudiantil de nivel licenciatura y posgrado, principalmente, algunos temas de actualidad en el campo de Ciencia de Materiales, para motivarla e interesarla en esa área tan importante. Se espera también que el libro sea de utilidad para estudiantes de posgrado en Ciencias e Ingeniería de Materiales o áreas afines

XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica (XXII CAFQI)

Recopilación de resúmenes de los trabajos presentados en el XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica (XXII CAFQI), llevado a cabo en modalidad virtual los días 19, 21, 23, 27 y 29 de abril de 2021 en la Universidad Nacional de La Plata.Facultad de Ciencias Exacta

Recubrimientos protectores nanoestructurados preparados por magnetron sputtering

La presente tesis ha consistido en la obtención de materiales en forma de película delgada con propiedades protectoras con la finalidad de ser utilizados en distintas aplicaciones: lubricantes, biológicas y resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Dichas películas se han obtenido mediante la técnica de deposición en fase vapor magnetron sputtering (o pulverización catódica). Las propiedades de las mismas se han desarrollado mediante la selección de las condiciones de síntesis más adecuadas tras un proceso iterativo de optimización del tamaño, distribución y naturaleza de las fases constituyentes a escala nanométrica. En este trabajo se han preparado los siguientes sistemas orientadas a tres campos de aplicación distintos: Recubrimientos protectores lubricantes basados en WSex: los materiales obtenidos presentan valores de fricción por debajo de 0.1 y tasas de desgaste del orden de 10-7 mm3/Nm, independientemente de la atmósfera circundante. En atmósfera inerte se obtuvieron coeficientes de fricción tan bajos como 0.05 y tasas de desgaste de 2•10-8 mm3/Nm. Estas propiedades se han conseguido gracias al control de la composición química del recubrimiento mediante la aplicación de un voltaje negativo variable durante la síntesis. De este modo, se ha conseguido una zona inferior rica en W que proporcionaba un excelente soporte mecánico y buena adhesión, y una zona superior rica en selenio formada por un nanocomposite de dos fases, una amorfa rica en W y otra nanocristalina rica en selenio. Mediante técnicas de microscopía electrónica de transmisión se pudo determinar que la fase nanocristalina es la responsable de la baja fricción mediante un alineamiento de los planos cristalinos en la dirección del desplazamiento, de tal manera que se minimizaba la fricción y se propiciaba un fácil deslizamiento. Recubrimientos protectores basados en a-C(Ag): en este caso se han desarrollado recubrimientos basados en carbono amorfo dopado con Ag. Las propiedades tribológicas en seco no presentan cambios significativos con el contenido de Ag, aunque existe un cierto descenso del coeficiente de fricción respecto a la referencia no dopada (0.16 vs 0.22) y por otro lado, un ligero incremento de la tasa de desgaste (de 1.5•10-7 a 3•10-7 mm3/Nm). Cuando los ensayos se ejecutaron en medio biológico tampoco se observó dependencia alguna con el contenido de Ag aunque el desgaste fue mucho menor (del orden de 10-8 mm3/Nm) atribuible a la formación de una capa superficial protectora de moléculas de proteínas. Asimismo se han realizado estudios con cultivos bacterianos (E. Coli) en los que se constató el efecto bactericida de la plata gracias a la liberación de iones Ag+ al medio acuoso que afecta a procesos vitales de las bacterias. Recubrimientos protectores basados en CrAl(Y,Zr)N: la incorporación de Y o Zr en recubrimientos de CrAlN permitió incremental la resistencia a la oxidación hasta temperaturas de 1000 ºC siendo el Y el dopante más favorable. Por otro lado se prepararon dos conjuntos con distintos contenidos de Al (~5 y ~11 % at.) e Y (~2 y 4-5 % at.) con distintas condiciones de síntesis. El estudio reveló que la nanoestructura, composición química y naturaleza de los sustratos determina la resistencia a la oxidación. Así, a pesar de que un aumento de la cantidad de Al presuponía una mejora del comportamiento, las capas de menor porcentaje (siempre que tuvieran itrio) resultaron ser las mejores. Las investigaciones llevadas a cabo para determinar su comportamiento evidenciaron que los recubrimientos de bajo contenido de Al presentaban un crecimiento cuasi-epitaxial de capas de fcc-CrN que se alternan con otras de fcc-CrAlN o fcc- CrYN/YN, mientras que los recubrimientos de alto contenido de Al estaban formados por capas cristalinas de fcc-CrN que se alternaban con capas predominantemente amorfas de nitruros mixtos de Cr, Al e Y. El mecanismo de protección de los recubrimientos CrAlYN se debe principalmente a la formación de una capa de pasivación de óxidos mixtos de cromo y aluminio que evita la difusión del oxígeno hacia el interior. El itrio ayuda a bloquear la difusión de los elementos del sustrato (acero) para contenidos inferiores al (5 % at.) mejorando la funcionalidad protectora a alta temperatura de este tipo de recubrimientos

El litio en la Argentina: Visiones y aportes multidisciplinarios desde la UNLP

En el mes de julio de 2019 la UNLP, que desde hace varios años y desde múltiples disciplinas lleva adelante trabajos de investigación sobre el litio y su potencial como fuente de energía limpia y sustentable, decidió conformar un espacio de trabajo para abordar la temática del litio desde una perspectiva estratégica, conjunta y multidisciplinar. La iniciativa se denominó Mesa de trabajo del litio y está encabezada por el Dr. Arq. Fernando Tauber, presidente de la UNLP, y coordinada por la Secretaría de Vinculación e Innovación Tecnológica con la colaboración de la Secretaría Privada y de la Prosecretaría de Políticas en Ciencia y Técnica. Participan, asimismo, expertos investigadores de los centros, laboratorios e institutos de investigación que cuentan con una extensa trayectoria en investigación y transferencia en temáticas de litio y/o afines en la universidad. La creación de la Mesa aunó varios objetivos, en principio posicionar al litio como uno de los ejes estratégicos de la política científica de la UNLP, luego integrar el trabajo de las diversas áreas para definir una estrategia conjunta y multidisciplinar del abordaje del litio con el fin de propiciar oportunidades en inversión y desarrollo y, finalmente, reconvertir el trabajo de investigación y aplicación a partir de la detección de necesidades y potencialidades de las cadenas de valor del litio. La Mesa, durante más de un año de trabajo, generó un espacio de intenso intercambio de saberes e información que dio lugar, entre otras cuestiones, a la propuesta de llevar a cabo una publicación para dar cuenta del trabajo que está realizando la UNLP en torno la importancia estratégica que asume el litio en Argentina. Las páginas que siguen son el resultado de esa propuesta y ofrecen al lector interesado, en primer término, un recorrido por las historias académicas de dos investigadores de la UNLP pioneros en la investigación sobre el litio. Luego una serie de dieciséis artículos vinculados a cinco áreas temáticas: el estudio y obtención de los minerales de litio, la ecología y el medio ambiente, los desarrollos tecnológicos del litio, la economía del litio y el material bibliográfico para el estudio de las propiedades y aplicaciones de compuestos de litio.Universidad Nacional de La Plat