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Análisis de plataformas y cursos en RED como material de referencia para cursos en Ciencia de Materiales
La docencia de Ciencia de Materiales se cursa en diferentes universidades en forma de grado o máster. Los fundamentos de ciencia de materiales están enmarcados en diferentes asignaturas según la especialidad de la carrera. Existe por ejemplo, una asignatura de Ciencia de Materiales para el grado en Ingeniería Eléctrica al igual que otra para el grado de Diseño Industrial y del Producto. En función de esta especialidad se intenta ofrecer un bloque general a todas las especialidades y luego un bloque más específico según el grado ofertado. En los últimos años los profesores de estas asignaturas aconsejamos cada vez más bibliografía especializada en ciencia de materiales accediendo a fuentes en RED de cursos en abierto. La divulgación en RED permite acceder a cursos completos de universidades de cualquier parte del mundo, permitiendo en muchos casos ser espectador de una clase magistral de universidades de reconocido prestigio docente e investigador, como podría ser el MIT, Standford, Cornell, Caltech, Princeton, Cambridge, Michigan, London, etc. En este trabajo hemos analizado y seleccionado diferentes plataformas en RED y cursos individuales como propuesta de material bibliográfico para los docentes en Ciencia de Materiales. Con esta información se proponen referencias para el bloque general y las clases específicas según la especialidad
Cómo representar gráficamente los resultados de una sesión práctica con el software OriginLab
La lectura de este artículo te permitirá dar los primeros pasos con OriginLab, una herramienta informática muy utilizada a nivel global para realizar gráficas de calidad editorial. Las figuras que obtengas con este software podrás incluirlas en memorias, presentaciones, webs, documentos técnicos y científicos.
Al finalizar este documento serás capaz de utilizar las funciones básicas pero suficientes, para obtener una gráfica a partir de los resultados de cualquier ensayo o experimento. La secuencia descrita no debería de llevarte más de unos pocos minutos y generará un impacto muy positivo en tus memorias y presentaciones que contengan gráficas como parte de los resultados. Es de interés para cualquier estudiante de Grado, Máster y programa de doctorado.Rayón Encinas, E. (2020). Cómo representar gráficamente los resultados de una sesión práctica con el software OriginLab. http://hdl.handle.net/10251/145265DE
Introducción a la conductividad eléctrica en materiales metálicos. Efecto de alear y modificar la microestructura. Método de ensayo
Los materiales metálicos suelen presentar buenas propiedades conductoras de calor y electricidad, sin embargo, siempre existe cierta resistencia al paso de corriente eléctrica. Esta restricción de conductividad genera pérdidas energéticas y debe ser considerada por el ingeniero en el diseño de la línea. Con este fin, se suele consultar la hoja de características de un hilo conductor y en raras ocasiones realizar un ensayo experimental para determinar la resistividad real del metal.
Por otro lado, suele ser necesario llegar a un compromiso entre propiedades eléctricas y resistentes, además de otras características propias de un material, como la densidad (peso de la línea). Por desgracia, los ingenieros eléctricos y electrónicos no suelen profundizar en la naturaleza microestructural del material que gobierna las características tanto eléctricas como resistentes del mismo. Estas propiedades pueden modificarse mediante la elección del material, uso de aleantes e incluso, tratamientos mecánicos y térmicos.
Este artículo pretende servir de introducción a la propiedad de conductividad eléctrica de los metales desde el punto de vista de la naturaleza del metal, es decir, relacionaremos la historia térmica y el procesado del cable con sus propiedades conductoras y resistentes. Además, se propondrá un sencillo método experimental para determinar empíricamente la conductividad. El documento será de interés para estudiantes de grado relacionados con las ingenierías y máster en ciencia de materiales, electricidad y electrónica. Es recomendable haber adquirido conocimientos previos a nivel básico sobre, enlace químico y cristalografía, así como conceptos generales sobre tipos de deformación mecánica y metalografía.Rayón Encinas, E. (2021). Introducción a la conductividad eléctrica en materiales metálicos. Efecto de alear y modificar la microestructura. Método de ensayo. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/168342DE
Metodología docente para explicar el concepto de Resistencia de Materiales. Estudio del Apple Watch
[ES] Los diferentes parámetros que definen la respuesta mecánica de un material
bajo ciertas solicitaciones mecánicas son a veces difíciles de entender y
diferenciar por los alumnos que por primera vez se enfrentan a estos
conceptos. Mediante la metodología teórico-práctica descrita en este
trabajo, se ha tratado de hacer más comprensible el concepto de dureza de
un material con el fin de que el estudiante sea capaz de pronosticar y
modelizar la respuestas mecánicas y resistentes de un material en servicio.
El procedimiento desarrollado consiste en realizar en el laboratorio un
trabajo práctico de investigación por método inverso –ingeniería inversasobre
un producto de la compañía Apple, el Apple Watch. La información
obtenida sirve de hilo conductor para descubrir las distintas concepciones
existentes de resistencia y dureza de un material. Mediante este análisis se
van intercalando ejemplos experimentales prácticos con instrumental
adecuado para que también adquieran habilidades prácticas. Hemos
ensayado este procedimiento en Ingeniería Eléctrica y en Diseño industrial
de la EPSA y en una clase de la Cátedra Aimplas-UPV. El éxito observado
nos anima a desarrollar esta metodología en otros Grados que tengan
enseñanzas sobre propiedades mecánicas de materiales como materia
transversal.Rayón Encinas, E.; Arrieta, MP. (2015). Metodología docente para explicar el concepto de Resistencia de Materiales. Estudio del Apple Watch. En In-Red 2015 - CONGRESO NACIONAL DE INNOVACIÓN EDUCATIVA Y DE DOCENCIA EN RED. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1587OC
Disintegrability under composting conditions of plasticized PLA-PHB blends
The disintegration under composting conditions of films based on poly(lactic acid) poly(hydroxybutyrate) (PLA-PHB) blends and intended for food packaging was studied. Two different plasticizers, poly(ethylene glycol) (PEG) and acetyl-tri-n-butyl citrate (ATBC), were used to limit the inherent brittleness of both biopolymers. Neat PLA, plasticized PLA and PLA-PHB films were processed by melt-blending and compression molding and they were further treated under composting conditions in a laboratory-scale test at 58 +/- 2 degrees C. Disintegration levels were evaluated by monitoring their weight loss at different times: 0, 7, 14, 21 and 28 days. Morphological changes in all formulations were followed by optical and scanning electron microscopy (SEM). The influence of plasticizers on the disintegration of PLA and PLA-PHB blends was studied by evaluating their thermal and nanomechanical properties by thermogravimetric analysis (TGA) and the nanoindentation technique, respectively. Meanwhile, structural changes were followed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The ability of PHB to act as nucleating agent in PLA-PHB blends slowed down the PLA disintegration, while plasticizers speeded it up. The relationship between the mesolactide to lactide forms of PLA was calculated with a Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectrometry device (Py-GC/MS), revealing that the mesolactide form increased during composting. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.Authors thank Spanish Ministry of Economy and Competitiveness by financial support (MAT2011-28468-C02-01 and MAT2011-28468-C02-02). M.P. Arrieta thanks Generalitat Valenciana for Santiago Grisolia Fellowship (2011/007). Authors gratefully acknowledge Prof. Ma Dolores Salvador (Polytechnic University of Valencia) for her assistance with nanomechanical and optical microscope analysis.Arrieta, MP.; López Martínez, J.; Rayón Encinas, E.; Jiménez, A. (2014). Disintegrability under composting conditions of plasticized PLA-PHB blends. Polymer Degradation and Stability. 108:307-318. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.034S30731810
Cerámicas nanoestructuradas de óxido anódico de aluminio. Diseño de célula electroquímica, cinética de crecimiento y caracterización
[ES] Se presenta un diseño de célula electroquímica para formar cerámicas nanoporosas de óxido anódico de aluminio, Al2
O3
,
en obleas circulares de 10 cm de diámetro. Las cinéticas electroquímicas revelaron cuatro etapas en el crecimiento de la
membranas mientras que la influencia de los factores de anodización fueron estudiados. Las imágenes por microscopía
SEM y AFM mostraron que las cerámicas obtenidas bajo anodización en ácido (COOH)2
0.3M y en ácido H3
PO4
diluido al
10% presentaron una morfología nanoporosa con diámetros de poro, Dp=45 nm para el oxálico y un Dp=240 nm para el
fosfórico.[EN] An electrochemical cell design has been presented to grow anodic aluminium oxide, Al2
O3, with nanoporous structures in a
10 cm diameter wafers. The electrochemical kinetics showed four steps of growth. The membranes growth submerged in 0.3
M (COOH)2
acid and in H3
PO4
acid. The electrochemical anodization revealed a nanoporous morphology. Pores diameters,
Dp = 45 nm in oxalic acid and Dp=240 nm in phosphoric acid were obtained.Rayón Encinas, E.; Ferrer Giménez, C. (2009). Cerámicas nanoestructuradas de óxido anódico de aluminio. Diseño de célula electroquímica, cinética de crecimiento y caracterización. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. 48(1):25-32. http://hdl.handle.net/10251/91861S253248
Propiedades termoeléctricas de los materiales. Efecto Seebeck y Peltier. Fundamentos teóricos y propuesta experimental
Durante la lectura de este artículo, descubrirás la sorprendente propiedad termoeléctrica que presentan algunos materiales y cómo se aprovecha para desarrollar sensores de temperatura, bombas de calor miniaturizadas y termopilas. Además, te proponemos una sencilla configuración experimental que te permitirá observar y analizar empíricamente los dos fenómenos termoeléctricos más importantes; el efecto Seebeck y el efecto Peltier.
Este artículo puede resultar de interés para estudiantes de Grado y Máster en los que se curse Ciencia de Materiales, electricidad, electrónica, aeronáutica, sensores y automática. Del mismo modo, este documento resultará de interés a investigadores sobre energías renovables. No se requiere de conocimientos previos, si bien convendría disponer de alguna experiencia en trabajo de laboratorio para montar el experimental propuestoRayón Encinas, E.; López Martínez, J. (2020). Propiedades termoeléctricas de los materiales. Efecto Seebeck y Peltier. Fundamentos teóricos y propuesta experimental. http://hdl.handle.net/10251/145911DE
Estrategia aplicada para focalizar conceptos importantes en cursos cortos multidisciplinares: encuesta didáctica previa y posterior
La formación complementaria a la enseñanza universitaria permite a los estudiantes aumentar y ampliar el conocimiento en un determinado campo profesional. La formación complementaria se basa en la generación del conocimiento de un tema específico en un entorno multidisciplinar donde participan estudiantes de diversas carreras. La estrategia docente para estimular el interés de todo el alumnado de carácter multidisciplinar resulta de especial interés para poder alcanzar la generación de conocimiento durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. En el curso de formación complementaria de “Ecoefficients Materials” llevado a cabo en el marco del curso de primavera “What are you made of? Board of European Students of Technology (BEST)- 2014” se realizó una encuesta breve antes de comenzar el curso para evaluar el conocimiento del alumnado sobre los conceptos principales a desarrollar en el curso. Una vez acabado el curso se completó nuevamente la misma encuesta comprobando que los conocimientos de los conceptos principales incrementaron en todos los casos (entre un 4,5% a un 18,2%). La estrategia docente de utilizar una breve encuesta previa y posteriormente al dictado del curso permitió focalizar la atención del alumnado de áreas multidisciplinares en los conceptos principales, mejorando así la eficacia del proceso enseñanza-aprendizaje
A Deeper Microscopic Study of the Interaction between Gum Rosin Derivatives and a Mater-Bi Type Bioplastic
[EN] The interaction between gum rosin and gum rosin derivatives with Mater-Bi type bioplastic, a biodegradable and compostable commercial bioplastic, were studied. Gum rosin and two pentaerythritol esters of gum rosin (Lurefor 125 resin and Unik Tack P100 resin) were assessed as sustainable compatibilizers for the components of Mater-Bi® NF 866 polymeric matrix. To study the influence of each additive in the polymeric matrix, each gum rosin-based additive was compounded in 15 wt % by melt-extrusion and further injection molding process. Then, the mechanical properties were assessed, and the tensile properties and impact resistance were determined. Microscopic analyses were carried out by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM) and atomic force microscopy with nanomechanical assessment (AFM-QNM). The oxygen barrier and wettability properties were also assayed. The study revealed that the commercial thermoplastic starch is mainly composed of three phases: A polybutylene adipate-co-terephthalate (PBAT) phase, an amorphous phase of thermoplastic starch (TPSa), and a semi-crystalline phase of thermoplastic starch (TPSc). The poor miscibility among the components of the Mater-Bi type bioplastic was confirmed. Finally, the formulations with the gum rosin and its derivatives showed an improvement of the miscibility and the solubility of the components depending on the additive usedThis research was funded by Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO), project: PROMADEPCOL (MAT2017-84909-C2-2-R) and M.P.A. s contract: Juan de la Cierva-Incorporación (FJCI-2017-33536).Aldas-Carrasco, MF.; Rayón, E.; López-Martínez, J.; Arrieta, MP. (2020). A Deeper Microscopic Study of the Interaction between Gum Rosin Derivatives and a Mater-Bi Type Bioplastic. Polymers. 12(1):1-17. https://doi.org/10.3390/polym12010226S117121Keshavarz, T., & Roy, I. (2010). Polyhydroxyalkanoates: bioplastics with a green agenda. Current Opinion in Microbiology, 13(3), 321-326. doi:10.1016/j.mib.2010.02.006Aldas, M., Paladines, A., Valle, V., Pazmiño, M., & Quiroz, F. (2018). Effect of the Prodegradant-Additive Plastics Incorporated on the Polyethylene Recycling. International Journal of Polymer Science, 2018, 1-10. doi:10.1155/2018/2474176Arrieta, M. P., Peponi, L., López, D., & Fernández-García, M. (2018). Recovery of yerba mate (Ilex paraguariensis) residue for the development of PLA-based bionanocomposite films. Industrial Crops and Products, 111, 317-328. doi:10.1016/j.indcrop.2017.10.042Akrami, M., Ghasemi, I., Azizi, H., Karrabi, M., & Seyedabadi, M. (2016). A new approach in compatibilization of the poly(lactic acid)/thermoplastic starch (PLA/TPS) blends. Carbohydrate Polymers, 144, 254-262. doi:10.1016/j.carbpol.2016.02.035Elfehri Borchani, K., Carrot, C., & Jaziri, M. (2015). Biocomposites of Alfa fibers dispersed in the Mater-Bi® type bioplastic: Morphology, mechanical and thermal properties. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 78, 371-379. doi:10.1016/j.compositesa.2015.08.023Sessini, V., Arrieta, M. P., Fernández-Torres, A., & Peponi, L. (2018). Humidity-activated shape memory effect on plasticized starch-based biomaterials. Carbohydrate Polymers, 179, 93-99. doi:10.1016/j.carbpol.2017.09.070Arrieta, M., Samper, M., Aldas, M., & López, J. (2017). On the Use of PLA-PHB Blends for Sustainable Food Packaging Applications. Materials, 10(9), 1008. doi:10.3390/ma10091008Aldas, M., Ferri, J. M., Lopez‐Martinez, J., Samper, M. D., & Arrieta, M. P. (2019). Effect of pine resin derivatives on the structural, thermal, and mechanical properties of Mater‐Bi type bioplastic. Journal of Applied Polymer Science, 137(4), 48236. doi:10.1002/app.48236Sessini, V., Navarro-Baena, I., Arrieta, M. P., Dominici, F., López, D., Torre, L., … Peponi, L. (2018). Effect of the addition of polyester-grafted-cellulose nanocrystals on the shape memory properties of biodegradable PLA/PCL nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, 152, 126-138. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2018.04.012Sessini, V., Arrieta, M. P., Raquez, J.-M., Dubois, P., Kenny, J. M., & Peponi, L. (2019). Thermal and composting degradation of EVA/Thermoplastic starch blends and their nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, 159, 184-198. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2018.11.025Kaseem, M., Hamad, K., & Deri, F. (2012). Thermoplastic starch blends: A review of recent works. Polymer Science Series A, 54(2), 165-176. doi:10.1134/s0965545x1202006xOlivato, J. B., Nobrega, M. M., Müller, C. M. O., Shirai, M. A., Yamashita, F., & Grossmann, M. V. E. (2013). Mixture design applied for the study of the tartaric acid effect on starch/polyester films. Carbohydrate Polymers, 92(2), 1705-1710. doi:10.1016/j.carbpol.2012.11.024Yoshida, Y., & Uemura, T. (1994). Properties and Applications of «Mater-Bi». Biodegradable Plastics and Polymers, 443-450. doi:10.1016/b978-0-444-81708-2.50049-xNainggolan, H., Gea, S., Bilotti, E., Peijs, T., & Hutagalung, S. D. (2013). Mechanical and thermal properties of bacterial-cellulose-fibre-reinforced Mater-Bi® bionanocomposite. Beilstein Journal of Nanotechnology, 4, 325-329. doi:10.3762/bjnano.4.37Ferri, J. M., Garcia-Garcia, D., Sánchez-Nacher, L., Fenollar, O., & Balart, R. (2016). The effect of maleinized linseed oil (MLO) on mechanical performance of poly(lactic acid)-thermoplastic starch (PLA-TPS) blends. Carbohydrate Polymers, 147, 60-68. doi:10.1016/j.carbpol.2016.03.082Morreale, M., Scaffaro, R., Maio, A., & La Mantia, F. P. (2008). Effect of adding wood flour to the physical properties of a biodegradable polymer. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 39(3), 503-513. doi:10.1016/j.compositesa.2007.12.002Nayak, S. K. (2010). Biodegradable PBAT/Starch Nanocomposites. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 49(14), 1406-1418. doi:10.1080/03602559.2010.496397González Seligra, P., Eloy Moura, L., Famá, L., Druzian, J. I., & Goyanes, S. (2016). Influence of incorporation of starch nanoparticles in PBAT/TPS composite films. Polymer International, 65(8), 938-945. doi:10.1002/pi.5127Arrieta, M. P., Samper, M. D., Jiménez-López, M., Aldas, M., & López, J. (2017). Combined effect of linseed oil and gum rosin as natural additives for PVC. Industrial Crops and Products, 99, 196-204. doi:10.1016/j.indcrop.2017.02.009Gutierrez, J., & Tercjak, A. (2014). Natural gum rosin thin films nanopatterned by poly(styrene)-block-poly(4-vinylpiridine) block copolymer. RSC Advances, 4(60), 32024. doi:10.1039/c4ra04296dWilbon, P. A., Chu, F., & Tang, C. (2012). Progress in Renewable Polymers from Natural Terpenes, Terpenoids, and Rosin. Macromolecular Rapid Communications, 34(1), 8-37. doi:10.1002/marc.201200513Rodríguez-García, A., Martín, J. A., López, R., Mutke, S., Pinillos, F., & Gil, L. (2015). Influence of climate variables on resin yield and secretory structures in tapped Pinus pinaster Ait. in central Spain. Agricultural and Forest Meteorology, 202, 83-93. doi:10.1016/j.agrformet.2014.11.023Davis, G., & Song, J. H. (2006). Biodegradable packaging based on raw materials from crops and their impact on waste management. Industrial Crops and Products, 23(2), 147-161. doi:10.1016/j.indcrop.2005.05.004Yadav, B. K., Gidwani, B., & Vyas, A. (2015). Rosin: Recent advances and potential applications in novel drug delivery system. Journal of Bioactive and Compatible Polymers, 31(2), 111-126. doi:10.1177/0883911515601867Butt, H.-J., Cappella, B., & Kappl, M. (2005). Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications. Surface Science Reports, 59(1-6), 1-152. doi:10.1016/j.surfrep.2005.08.003J. Roa, J., Rayon, E., Morales, M., & Segarra, M. (2012). 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Thermoplastic starches: Properties, challenges, and prospects. Starch - Stärke, 65(1-2), 61-72. doi:10.1002/star.201200201Van Soest, J. J. G., De Wit, D., & Vliegenthart, J. F. G. (1996). Mechanical properties of thermoplastic waxy maize starch. Journal of Applied Polymer Science, 61(11), 1927-1937. doi:10.1002/(sici)1097-4628(19960912)61:113.0.co;2-lZhang, Y., Rempel, C., & Liu, Q. (2014). Thermoplastic Starch Processing and Characteristics—A Review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 54(10), 1353-1370. doi:10.1080/10408398.2011.636156Yu, J., Gao, J., & Lin, T. (1996). Biodegradable thermoplastic starch. Journal of Applied Polymer Science, 62(9), 1491-1494. doi:10.1002/(sici)1097-4628(19961128)62:93.0.co;2-1Zullo, R., & Iannace, S. (2009). The effects of different starch sources and plasticizers on film blowing of thermoplastic starch: Correlation among process, elongational properties and macromolecular structure. 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Less-rigid coating in Ti obtained by laser surface alloying with Nb
[EN] The fabrication of parts with stiffness gradation specifically designed to attain higher mechanical and/or biomedical performance is receiving increasing scientific and technological interest. This work reports the use of laser surface alloying to introduce Nb into the surface layer of Ti pieces and thus obtain continuous coatings composed of Ti-Nb alloys. By controlling the laser processing parameters, coatings with lower Young's modulus and higher hardness compared to the substrate, practically free of cracks and with very low porosity were obtained, using energy densities in the range of 24 to 65 J/mm(2). However, compositional heterogeneity mainly due to microsegregation during the solidification process was observed. Increasing the energy density resulted in deeper fusion zones, which increased the substrate fusion and thus decreased the Nb content and produced a coating with a microstructure predominantly composed of alpha/alpha' acicular phase. On the other hand, the Nb content of the coatings produced with lower energy densities was high enough (similar to 20-30%(in) (mass)) to (meta) stabilize the less-rigid alpha" and beta phases, which promoted the highest reductions in the Young's modulus of the investigated coatings. Besides the lower stiffness, all coatings presented at least twice the hardness of the substrate. Maps of the properties constructed from the nanoindentation results showed that, despite the compositional heterogeneity, homogenous values of Young's modulus and hardness were attained and the change in the interface region was gradual, in agreement with the concept of functionally graded materials.The authors gratefully acknowledge the Sao Paulo State Research Foundation (FAPESP, Brazil) (Grant 2011/19982-2) for its financial support.Azevedo De Carvalho, LR.; Sallica-Leva, E.; Rayón Encinas, E.; Fogagnolo, JB. (2018). Less-rigid coating in Ti obtained by laser surface alloying with Nb. Surface and Coatings Technology. 346:19-28. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.04.038S192834
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