Estrategias para la mejora de las prestaciones de materiales compuestos

238 p.En las últimas décadas, el interés por los composites poliméricos reforzados con fibra, especialmente de carbono, ha crecido sustancialmente como consecuencia de sus excelentes propiedades mecánicas y térmicas, especialmente útiles para aplicaciones exigentes y sectores de alta tecnología que requieren elevadas prestaciones de resistencia y tenacidad, así como alta rigidez y resistencia a la corrosión, con un peso mínimo. A pesar de presentar considerables ventajas sobre los materiales convencionales, también tienen algunos inconvenientes. Los compuestos reforzados con fibra generalmente presentan una pobre resistencia al impacto, una baja tenacidad a la fractura y una pobre resistencia a la delaminación, siendo esta última su modalidad de fallo en servicio más frecuente debido a su naturaleza laminar y a la fragilidad de las resinas. Es especialmente crítico el procesado de componentes de alto espesor, por lo que, además, se requiere de la comprensión del proceso de curado y de la influencia de éste sobre las propiedades del producto final.A lo largo de esta memoria se han analizado diferentes estrategias con el fin de mejorar los problemas asociados a la fabricación de los composites con fibra de carbono. Se ha estudiado la cinética de curado de un sistema epoxi-amina y se ha propuesto un modelo fenomenológico que describe el comportamiento autocatalítico de la reacción epoxi-amina, lo que ha permitido el desarrollo de un modelo basado en un procedimiento de elementos finitos capaz de estudiar la transferencia de calor de un sistema. Se ha trabajado también en la aditivación de la matriz epoxi con óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (rGO) con el objetivo de intentar mejorar su tenacidad y, finalmente, se ha estudiado la viabilidad de la utilización de velos de nanofibras de polímeros termoplásticos como refuerzo interlaminar en los composites para evitar fallos de delaminación.IK4 Tekniker LABQUIMA

Avances, ventajas y desventajas de los nanomateriales en el tratamiento de aguas residuales: Una revisión sistemática

El objetivo de la investigación fue identificar cuáles son los avances, ventajas y desventajas de los nanomateriales en el tratamiento de aguas residuales. Se realizó una revisión sistemática siguiendo la metodología PRISMA con una búsqueda comprendida entre los años 2010 al 2021, de los cuales se seleccionaron 41 artículos científicos que cumplieron con criterios de inclusión y exclusión. Se identificaron cuatro tipos de nanomateriales, los basados en carbono, metálicos, dendrímeros y los mixtos. Como avance se reportó la innovación del nanomaterial magnético a partir de Co, el cual es recuperable y reutilizable. Como ventajas los nanomateriales poseen una gran área superficial y reactividad sobre los agentes compuestos tóxicos, eficiencia de remoción que alcanza el 100 % con nanotubos de carbono. Los nanos derivados de TiO2, ZnO, Fe3O4, Fe2O3, MnO 2 y Al2SiO5 degradaron contaminantes con eficiencia del 93% en aguas residuales industriales. Se demostró la reutilización de las nanopartículas metálicas Co, TiO, ZnO, FeO y Au, estos son la más abundante y de fácil obtención. Las nanopartículas dendrímeras poseen baja toxicidad. Como desventajas la vida útil de los nanomateriales es corta. Además, se requieren equipos analíticos costosos y un nivel de conocimiento avanzado para los análisis y experimentación con nanomateriales

Estrategias para la mejora de las prestaciones de materiales compuestos

238 p.En las últimas décadas, el interés por los composites poliméricos reforzados con fibra, especialmente de carbono, ha crecido sustancialmente como consecuencia de sus excelentes propiedades mecánicas y térmicas, especialmente útiles para aplicaciones exigentes y sectores de alta tecnología que requieren elevadas prestaciones de resistencia y tenacidad, así como alta rigidez y resistencia a la corrosión, con un peso mínimo. A pesar de presentar considerables ventajas sobre los materiales convencionales, también tienen algunos inconvenientes. Los compuestos reforzados con fibra generalmente presentan una pobre resistencia al impacto, una baja tenacidad a la fractura y una pobre resistencia a la delaminación, siendo esta última su modalidad de fallo en servicio más frecuente debido a su naturaleza laminar y a la fragilidad de las resinas. Es especialmente crítico el procesado de componentes de alto espesor, por lo que, además, se requiere de la comprensión del proceso de curado y de la influencia de éste sobre las propiedades del producto final.A lo largo de esta memoria se han analizado diferentes estrategias con el fin de mejorar los problemas asociados a la fabricación de los composites con fibra de carbono. Se ha estudiado la cinética de curado de un sistema epoxi-amina y se ha propuesto un modelo fenomenológico que describe el comportamiento autocatalítico de la reacción epoxi-amina, lo que ha permitido el desarrollo de un modelo basado en un procedimiento de elementos finitos capaz de estudiar la transferencia de calor de un sistema. Se ha trabajado también en la aditivación de la matriz epoxi con óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (rGO) con el objetivo de intentar mejorar su tenacidad y, finalmente, se ha estudiado la viabilidad de la utilización de velos de nanofibras de polímeros termoplásticos como refuerzo interlaminar en los composites para evitar fallos de delaminación.IK4 Tekniker LABQUIMA

Desarrollo y validación de sensores químicos nanoestructurados selectivos para la detección de marcadores de enfermedades respiratorias en el aliento

En las últimas décadas se ha observado un incremento de personas que sufren diferentes enfermedades crónicas, debido a diversos factores como el estilo de vida, la alimentación, el estrés, la contaminación ambiental o el aumento de la esperanza de vida. En este tipo de enfermedades, un diagnóstico precoz y un buen control de la afección es muy importante para aumentar la calidad de vida del paciente y evitar posteriores exacerbaciones de la patología. Por ello, se hace necesario el desarrollo de dispositivos económicos y que de forma no invasiva se pueda realizar un diagnóstico eficaz y un control mucho más exhaustivo. Además, esta tecnología puede contribuir a una disminución del gasto sanitario a largo plazo en el tratamiento de estos pacientes, así como una mejora en la gestión de los recursos. Esta tesis doctoral está enfocada en el estudio y desarrollo de nanosensores químicos selectivos para la detección en el aliento de compuestos de interés como marcadores de enfermedades respiratorias. Debido a la complejidad de la composición del aire exhalado se han seleccionado diferentes compuestos gaseosos de interés como el monóxido de carbono (CO), óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO2), acetona o etanol. Estos son biomarcadores de diferentes enfermedades crónicas como el asma, la diabetes, la fibrosis quística o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, así como de infecciones respiratorias que puede contribuir en gran medida a un agravamiento de las afecciones anteriores. Dichas enfermedades han sido seleccionadas debido al eleva donúmero de pacientes que las padecen, y al infradiagnóstico y deficiente control existente en la actualidad..

Aerogeles Bioactivos Para Ingeniería Tisular Ósea

Los biomateriales son materiales diseñados para actuar en conjunción con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o reemplazar algún tejido, órgano o función del sistema biólogico diana. En este trabajo se tratará de forma introductoria qué se entiende por biomaterial y las características que éstos deben tener para ejercer como tales. Los aerogeles son materiales que poseen unas características muy interesantes como biomaterial, y en especial en ingeniería de tejidos, por su alta porosidad, superficie específica e interconexión de su estructura interna. Además, por la versatilidad que poseen los métodos de síntesis de aerogeles, éstos pueden reforzar sus características e incluir otras propiedades interesantes formando parte de materiales compuestos. Por ello, se presenta un estudio general sobre los aerogeles que permita entender la naturaleza y propiedades de éstos para culminar en la exposición del aerogel como biomaterial en ingeniería de tejidos ósea.Universidad de Sevilla. Grado en Físic

El Hidrógeno y nuestro futuro energético

Descripció del recurs: 2 de maig de 2012Las últimas décadas han visto un inusitado progreso en la miniaturización de algunos dispositivos de uso común, como los teléfonos móviles, los ordenadores o los reproductores de música, pero el límite sigue marcado por el peso y el tamaño de las baterías. El futuro parece estar en las pilas de combustible, en las que se genera electricidad de manera eficiente y limpia a partir del hidrógeno y otros compuestos. Las posibilidades de las pilas de combustible parecen infinitas y abarcan campos tan dispares como la automoción o el diseño de viviendas sostenibles

Obtención del compósito Carbón/ZnO/SnO₂ y su evaluación como cátodo en una celda de combustible microbiana.

Propósito y Método del Estudio: En este trabajo se desarrolló un nuevo material para ser utilizado como cátodo en celdas de combustible microbiana y con esto mejorar la eficiencia en la producción de electricidad de las mismas. Para esto se recurrió a la modificación de materiales carbonáceos, los cuales se ha demostrado que poseen excelentes características para ser utilizados como electrodos en celdas de combustible microbiana. En este proyecto se modificó la superficie de nanofibras de carbón utilizando ZnO y SnO2 para así mejorar las propiedades de éstas. Estos materiales decorados fueron obtenidos por la técnica de electrospinning seguido de proceso de calcinado, así como también la técnica de hidrotermal. Las propiedades morfológicas, químicas y estructurales fueron determinadas por microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de energías dispersivas de rayos X (EDXS), espectroscopía Raman y difracción de rayos X en polvos (DRX). Las propiedades electroquímicas fueron estudiadas por medio de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), voltametría lineal (LSV) y cíclica (CV) y la taza de reacciones de reducción de oxígeno de los materiales. Contribuciones y Conclusiones: Se logró decorar las nanofibras de carbón con partículas de ZnO y SnO2. Se demostró que la presencia del ZnO y SnO2 sobre las nanofibras de carbón mejoran las propiedades electroquímicas de las nanofibras de carbón. Las nanofibras de carbón modificadas con ambos óxidos permite llevar a cabo mayores tasas de reducción de oxígeno en comparación con las fibras de carbón sin modificar. Se logró armar una celda de combustible microbiana de cátodo de aire utilizando los materiales decorados como cátodos, obteniendo una mayor densidad de corriente (24 mA/m2) y de potencia (9.26 mW/m2) para las nanofibras decoradas con ambos óxidos. En base a estos resultados, las nanofibras de carbón decoradas con partículas de ZnO y SnO2 son materiales que pueden ser utilizados como cátodos en celdas de combustible microbian

Grafeno: propiedades y aplicaciones en Ingeniería

El grafeno es un material compuesto por una capa de átomos de carbono con propiedades físicas y eléctricas excepcionales, lo que lo convierte en uno de los materiales más prometedores en diversos ámbitos entre ellos el de la electrónica. Su estructura bidimensional y su alta conductividad lo posicionan como una herramienta clave en la innovación tecnológica y mejora de la electrónica ya existente. En este TFG se exploran diversas aplicaciones del grafeno en el campo de la electrónica, enfocándose en su uso en transistores, sensores y biosensores, células solares, almacenamiento de energía mediante baterías y supercondensadores, y pantallas táctiles, así como el impacto medioambiental y las diferentes formas de producción del mismo. La versatilidad del grafeno permite mejorar el rendimiento, la eficiencia y la miniaturización de los dispositivos electrónicos, contribuyendo al desarrollo de tecnologías más sostenibles, de un alto rendimiento y portables. Este trabajo demuestra el potencial del grafeno para transformar la electrónica moderna, destacando su impacto en diversas áreas tecnológicas y su capacidad para impulsar innovaciones en el diseño de dispositivos más eficientes y duraderos, frente a otros materiales utilizados tradicionalmente.Graphene is a material composed of a single layer of carbon atoms with exceptional physical and electrical properties, making it one of the most promising materials in various fields, including electronics. Its two-dimensional structure and high conductivity position it as a key tool in technological innovation and in enhancing existing electronics. This Final Degree Project explores various applications of graphene in the field of electronics, focusing on its use in transistors, sensors and biosensors, solar cells, energy storage through batteries and supercapacitors, and touchscreens, as well as its environmental impact and the different methods of production. The versatility of graphene allows for improved performance, efficiency, and miniaturization of electronic devices, contributing to the development of more sustainable, high-performance, and portable technologies. This work demonstrates the potential of graphene to transform modern electronics, highlighting its impact in various technological areas and its abilityDepartamento de Tecnología ElectrónicaGrado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automátic

Evaluación de los impactos ambientales derivados de nanomateriales aplicados al envase y embalaje

Tesis por compendio[EN] The main objective of this thesis is to provide knowledge about the influence of nanomaterials as additives for food packaging purposes. Their influence on final packaging performance and also on the environmental impact of the whole packaging & product system, waste management once the packaging is empty. Besides, the environmental impacts not only considering global environmental impacts but ecotoxicity effects are analysed when nanomaterials are incorporated as additives for packaging. The common link between the research articles is according to the main objective intended of this thesis. This objective is to provide novel data and specific research work and results regarding nanomaterials on their application to packaging from different perspectives; functional but mainly environmental. The research activities carried out and detailed in each one of the published papers aim at providing valuable scientific contribution to such ambitious objective commented. Thus, it was considered a key starting point to carry out an exhaustive analysis of the State-of-the-Art on nanomaterials and their applications to food packaging. Due to the huge diversity of existing nanomaterials and that they can be applied not only to the package but to the food product, the analysis was made considering the final properties improvement of the package compared to those only considering conventional materials. The analysis considered three main categories for the properties studied: Technical, active and intelligent. The qualitative evaluation results were grouped to identify the ones with the most relevant potential actual and future for food packaging. That was made applying Multicriteria Decision Analysis (MCDA). Although some constraints were identified, such as no availability of specific applications for some nanomaterials, case by case analysis demands, it could be concluded that those nanomaterials have had been focused on barrier properties improvement, microbial activity reduction, mechanical functionality, and water permeability minimisation. Among the more than 84 publications reviewed, it could be observed that the one with the highest application potential was calcium carbonate or the chitosan, due to their combination of active and improved properties. Besides, nanoclays (caolinite), carbon nanotubes/nanofibres, and nanobiocomposites based on bioplastics like PLA and PHB were in the first ranking positions of the MCDA. Nonetheless the good ranking carbon nanotubes/nanofibres, there are still great uncertainties due to their citotoxicity and the non-desired migration potential to the food product. Another interesting result was that metallic particles like ZnO, TiO2 and Ag were not in the first ranking positions of the MCDA carried out. The potential influence of the presence of nanomaterials in the packaging recycling process as well as their influence on the final recycled material properties were evaluated in the second paper. Combinations of three different film polymers (polyethylene (PE), polypropylene (PP) y polyethilenterephtalate (PET) reinforce with four different nanomaterials (nanoclays, calcium carbonate, zinc dioxide and nano silver) were anaylised. Tested combinations were: PE-nanoclay, PE-CaCO3, PP-Ag, PET-ZnO, PET-Ag, PET-nanoclay. The experimental recycling tests show that smells and degradation fumes appears in the processing of PET reinforced with nanoclay, as well as increasing number of pinholes when this polymer is reinforced with Ag.[ES] La presente tesis tiene como objetivo principal conocer la repercusión que la aplicación de nanomateriales como aditivos puede tener sobre las propiedades de los envases en los que se aplican, sobre los impactos ambientales del sistema de envase, así como en la gestión de los residuos generados una vez se han consumido los productos contenidos. Consecuencia de la investigación realizada en el marco de esta tesis, se han preparado tres artículos científicos que se adjuntan como anejos en su totalidad. El primero de ellos, se publicó en la revista ¿Packaging Technology and Science¿, el segundo en la revista ¿Waste Management¿ y el tercero en la revista ¿Journal of Cleaner Production¿. La selección de las revistas se realizó en base a la temática de cada artículo. El nexo de los artículos refleja de forma fiel los objetivos pretendidos en la tesis. Así, se consideró un buen punto de partida realizar un exhaustivo análisis del estado del arte de los nanomateriales empleados en envase alimentario. Debido a la enorme variedad de nanomateriales, y al hecho que pueden ser utilizados en algunos casos, tanto en el propio envase como sobre el propio producto contenido, el análisis se abordó desde el punto de vista de las propiedades mejoradas respecto a los materiales convencionales. El estudio, se basó en la valoración cualitativa de las propiedades mejoradas clasificadas en tres grupos: propiedades técnicas, activas e inteligentes. A pesar de las limitaciones observadas, tales como la ausencia de aplicaciones concretas para algunos nanomateriales, y la necesidad de análisis caso por caso, pudo concluirse que dichos materiales se han enfocado a la mejora de propiedades barrera, la reducción de la actividad microbiana, la mejora de las propiedades mecánicas y la reducción de la permeabilidad al agua. Las implicaciones derivadas de la presencia de nanomateriales en los procesos de reciclado de envases plásticos fueron evaluadas en el segundo trabajo. Se analizaron combinaciones de tres films plásticos polietileno (PE), polipropileno (PP) y polietiléntereftalato (PET) reforzados con cuatro nanomateriales diferentes (nanoarcilla, carbonato cálcico, óxido de zinc, y nanoplata).[CA] La present tesi te com a principal objectiu conèixer la repercussió de la aplicació de nanomaterials com additius sobre les propietats finals d¿un envàs en la seua aplicació al sector alimentari, així com proporcionar les dades concretes del potencial de reciclat dels mateixos i els impactes ambientals en termes no únicament mediambientals, sinó també en relació amb la toxicitat que deriva de estes substancies. El nexe de unió dels articles manifesta de forma ferma els objectius proposats en la tesis, sent el objectiu final la aportació de dades i estudis concrets dins del camp dels nanomaterials aplicats a l¿envàs i la seua repercussió no sols funcional, sinó també i fonamentalment ambiental. Les investigacions plantejades i detallades en cadascú dels articles pretenen contribuir parcialment a un objectiu tan ambiciós com el que planteja aquest treball. Així mateix, es va considerar com a punt de partida portar a terme un exhaustiu anàlisis de l¿estat de l¿art dels nanomaterials incorporats en envasos per al sector alimentari. A causa de la varietat de nanomaterials, i pel fet de que en algunes ocasions es poden utilitzar tant en el envàs com sobre el propi producte contingut, el anàlisis es va afrontar des del punt de vista de les propietats millorades respecte als materials convencionals. La valoració qualitativa de les propietats millorades és va classificar en tres grups: propietats tècniques, actives e intel·ligents. Aquestes valoracions qualitatives es van agrupar posteriorment per a quantificar les propietats amb un major potencial actual i futur dels nanomaterials en el camp del envàs alimentari. Aquesta quantificació es va portar a terme mitjançant la tècnica de anàlisi multi criteri (MCDA en anglès). Malgrat les limitacions observades, com es la absència de aplicacions concretes per a alguns nanomaterials i la necessitat d¿analitzar cas per cas, si que es va poder concloure que els materials considerats en l¿anàlisi estaven enfocats a la millora de les propietats barrera, la reducció de l¿activitat microbiana, la millora de les propietats mecàniques i la reducció de la permeabilitat a l¿aigua. Entre els més de 84 materials referenciats, es va observar que els que presentaven un major potencial de aplicació eren el nanocarbonat càlcic o el quitosà, a causa de la possible combinació de propietats millorades i propietats actives. També de esta manera, les nanoargiles (caolinita), els nanotubs/nanofibres de carboni i els nanobiocomposites basats en bioplàstics com l¿Àcid Polilactic (PLA) i el polihidroxibutirat (PHB) figuren en els primers llocs de la llista de l¿anàlisi MCDA. Però malgrat la bona posició dels nanotubs/nanofibres de carboni, existeixen encara molts dubtes sobre la citoxicitat i la possibilitat de migració no desitjada cap al producte alimentari envasat. Com a resultat destacable del anàlisis, una gran part de les nanopartícules metàl·liques, tals com el ZnO, TiO2 i el Ag no van estar incloses entre els primers llocs de la llista de l¿anàlisi MCDA. Les limitacions derivades de la presència de nanomaterials en els processos de reciclat de envasos de plàstic van ser avaluades en el segon treball. Es van analitzar combinacions de tres films plàstics, polietilè (PE), polipropilè (PP) i polietilentereftalat (PET). Tots ells reforçats amb quatre nanomaterials diferents (nanoargila, carbonat càlcic, òxid de zinc, i nanoplata). Concretament, les combinacions testades van ser PE- nanoargila, PE-CaCO3, PP-Ag, PET-ZnO, PET-Ag, PET-nanoargila.Sánchez Reig, MDC. (2015). Evaluación de los impactos ambientales derivados de nanomateriales aplicados al envase y embalaje [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48554TESISCompendi