Crecimiento por baño químico y caracterización de películas semiconductoras semimagnéticas de ZnMnO con potenciales aplicaciones en la implementación de sensores de humedad

En el presente trabajo de tesis se llevó a cabo un estudio sistemático orientado a encontrar las condiciones experimentales para preparar películas semiconductoras semimagnéticas de ZnMnO sobre sustratos de vidrio por la técnica depósito por baño químico (CBD) y mediante su variante SILAR. Para la obtención de este material fue indispensable estudiar el material semiconductor ZnO desde su obtención por CBD y SILAR hasta su posterior caracterización. Los precursores utilizados para el crecimiento de estos materiales fueron sales de zinc como ZnCl2, Zn(NO3)2 y ZnSO4, sales de manganeso como MnCl2, así como los agentes complejantes hidróxido de amonio y trietanolamina. Previo al crecimiento sistemático de las películas de ZnO se realizó un estudio preliminar con el fin de encontrar el procedimiento más adecuado para la obtención de las mismas. Posteriormente se realizó un estudio sobre los cambios en las propiedades de estas películas al variar parámetros como: el tipo de sustrato, la atmósfera y la temperatura de tratamiento térmico. Las películas fueron analizadas y caracterizadas por DRX, SEM, AFM, EDS, μ-Raman y Espectrofotometría UV-VIS. Los resultados de la caracterización mostraron que en general las propiedades de las películas no varían significativamente en relación al sustrato empleado y que si hay cambios en la calidad cristalina y las propiedades ópticas frente a los tratamientos térmicos. Por μ-Raman se encontró que las películas presentan vacancias de oxígenos y que cuando son obtenidas usando como agente complejante hidróxido de amonio presentan además la incorporación de N2 lo cual no sucede cuando se emplea trietanolamina. Posterior al crecimiento y estudio de las películas de ZnO se procedió a la obtención de las películas de ZnMnO. Se realizó un estudio sistemático en busca del procedimiento más adecuado que permitiera la incorporación de Mn en la estructura del ZnO. Se encontró que empleando el procedimiento SILAR con una solución precursora no acomplejada que involucrara los dos precursores de los iones metálicos (Zn y Mn), se logró la incorporación de Mn en el ZnO. Esta incorporación fue verificada mediante DRX ya que se encontró un corrimiento de los picos de difracción y un aumento en los parámetros de red. También se encontró por μ-Raman que el modo asociado a la incorporación de manganeso aumentaba en intensidad a medida que aumentaba la concentración de Mn en la solución precursora. Se verificó que el manganeso estaba presente en las películas mediante absorción atómica y EDS. La morfología de las películas de ZnMnO mostró ser diferente a las de ZnO ya que la formación para este material fue tipo nanohojas mientras que para el ZnO fueron granos en forma de arroz con distribución aleatoria de flores. Finalmente se estudió el comportamiento eléctrico de las películas midiendo su resistencia en función de la temperatura y de los cambios de humedad del ambiente. Se encontró que los procesos que favorecen la conducción en ambos tipos de películas son las vacancias de oxígenos, el zinc intersticial y las especies de oxígenos quimisorbidos. Las películas de ZnMnO presentan mayor resistencia eléctrica que las de ZnO debido a una mayor cantidad de oxígenos adsorbidos durante el proceso de incorporación de manganeso. Esto se debe a que el depósito de estas películas involucra la precipitación de hidróxidos en mayor proporción que para ZnO (incluye tanto hidróxidos de zinc como de manganeso), así como la formación de la fase simonkolleite (ZnCl2.4Zn(OH)2.H2O), todos estos compuestos refuerzan la adsorción de oxigeno en el material. Se determinó que las películas son potencialmente aplicables en la implementación de sensores de humedad ya que se presenta una variación de la resistencia en función de la cantidad de humedad presente en el ambiente / Abstract: In this doctoral thesis it was carried out a systematic study to find the experimental conditions needed to prepare semi magnetic semiconducting ZnMnO films on glass substrates by chemical bath deposition (CBD) and its variant SILAR method. It was necessary to study the semiconducting ZnO material, from its obtention by CBD and SILAR to its characterization. The precursors used to grow these materials were zinc salts like ZnCl2, Zn(NO3)2 y ZnSO4, manganese’s salts like MnCl2 and complexing agents like ammonium hydroxide and trietanolamine. Before the systematic growth of the ZnO films, a preliminary study was made to find the most convenient process to obtain such films. Later, a study was made on the change of the films properties caused by the variation on parameters like: kind of substrate, atmosphere and temperatures of the thermal treatment. The films were analyzed and characterized by XRD, SEM, AFM, EDS, μ-Raman and UV-VIS spectrophotometry. Characterization showed that in general, the films properties do not have significant changes on relation to the substrate employed but there are changes on cristallinity quality and optical properties due to the thermal treatments. Films present oxygen vacancies that favor the conductivity and when obtained by using ammonia hydroxide also exhibit the presence of N2 which is not the case when trietanolamine is used. After the growth of ZnO films and the corresponding study, it follows the obtaining of ZnMnO films. A systematic study was carried to find the most adequate procedure that favored the incorporation of manganese in the ZnO structure. It was found that using a non-complexing solution containing the two precursors of the metallic ions (Zn y Mn) it was possible to incorporate manganese in the ZnO structure. This incorporation was verified by XRD since it was found a shift on the diffraction peaks and an increment in the lattice parameters. It was also found by μ-Raman that the intensity of the associated mode for manganese incorporation increased as the Mn concentration in the precursor solution increased. The presence of manganese was verified by atomic absorption and EDS techniques. The morphology of the ZnMnO films resulted to be different from the ZnO one, since the formation was nanosheets while for the ZnO was rice like structure with a random distribution of flowers like structure. Finally, the electrical behavior of films was study by measuring resistance as a function of temperature and humidity changes. It was found that the processes favoring conduction in both kinds of films were the oxygen vacancy, zinc interstitial and the chemisorbed oxygen species. The ZnMnO films have higher resistance than the ZnO films because of the higher quantity of adsorbed oxygen during the incorporation process of Mn. This is due to higher hydroxide precipitation during the films deposition process (including manganese and zinc hydroxides) compared with the observed one for ZnO films and to the formation of the simonkolleite (ZnCl2.4Zn(OH)2.H2O) phase. All those compounds enhance the oxygen adsorption in the material. The films are potentially useful in the humidity sensors implementation due to variation in the resistance as a function of humidity was observed.Doctorad

Integración de las TIC en el curso de ondas y partículas de la Universidad Autónoma de Bucaramanga

This article shows the results of a research project whose objective was to implement and evaluate the use of ICT in teaching physics in engineering careers at the Autonomous University of Bucaramanga (UNAB) using the TEMA platform as an additional to traditional methodology. The test scores of students in the two semesters of 2011 were sampled and various learning activities were applied with students from the two semesters of 2012. To develop these activities, the UNAB has the web platform MOODLE and particularly in this project it was use the platform with new activities. The result of this research can work more closely on the issues of greatest difficulty identified.El presente artículo muestra los resultados de un proyecto de investigación cuyo objetivo fue Implementar y evaluar el uso de las TIC en la enseñanza de la física en las carreras de ingeniería de la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB) usando la plataforma TEMA como metodología adicional a la tradicional. Se tomaron como muestra los resultados de los exámenes de los  estudiantes de los dos semestres del 2011, y se aplicaron diversas actividades de aprendizaje con los estudiantes de los dos semestres del 2012. Para desarrollar las actividades mencionadas, la UNAB cuenta con la plataforma web MOODLE y de manera particular, en este proyecto se trata de utilizar la plataforma con nuevas actividades. El resultado obtenido de esta investigación permite trabajar de manera más cercana en las temáticas de mayor dificultad identificadas.

Integración de las TIC en el curso de ondas y partículas de la Universidad Autónoma de Bucaramanga

This article shows the results of a research project whose objective was to implement and evaluate the use of ICT in teaching physics in engineering careers at the Autonomous University of Bucaramanga (UNAB) using the TEMA platform as an additional to traditional methodology. The test scores of students in the two semesters of 2011 were sampled and various learning activities were applied with students from the two semesters of 2012. To develop these activities, the UNAB has the web platform MOODLE and particularly in this project it was use the platform with new activities. The result of this research can work more closely on the issues of greatest difficulty identified.El presente artículo muestra los resultados de un proyecto de investigación cuyo objetivo fue Implementar y evaluar el uso de las TIC en la enseñanza de la física en las carreras de ingeniería de la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB) usando la plataforma TEMA como metodología adicional a la tradicional. Se tomaron como muestra los resultados de los exámenes de los  estudiantes de los dos semestres del 2011, y se aplicaron diversas actividades de aprendizaje con los estudiantes de los dos semestres del 2012. Para desarrollar las actividades mencionadas, la UNAB cuenta con la plataforma web MOODLE y de manera particular, en este proyecto se trata de utilizar la plataforma con nuevas actividades. El resultado obtenido de esta investigación permite trabajar de manera más cercana en las temáticas de mayor dificultad identificadas.

Integración de las TIC en el curso de ondas y partículas de la Universidad Autónoma de Bucaramanga

This article shows the results of a research project whose objective was to implement and evaluate the use of ICT in teaching physics in engineering careers at the Autonomous University of Bucaramanga (UNAB) using the TEMA platform as an additional to traditional methodology. The test scores of students in the two semesters of 2011 were sampled and various learning activities were applied with students from the two semesters of 2012. To develop these activities, the UNAB has the web platform MOODLE and particularly in this project it was use the platform with new activities. The result of this research can work more closely on the issues of greatest difficulty identified.El presente artículo muestra los resultados de un proyecto de investigación cuyo objetivo fue Implementar y evaluar el uso de las TIC en la enseñanza de la física en las carreras de ingeniería de la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB) usando la plataforma TEMA como metodología adicional a la tradicional. Se tomaron como muestra los resultados de los exámenes de los  estudiantes de los dos semestres del 2011, y se aplicaron diversas actividades de aprendizaje con los estudiantes de los dos semestres del 2012. Para desarrollar las actividades mencionadas, la UNAB cuenta con la plataforma web MOODLE y de manera particular, en este proyecto se trata de utilizar la plataforma con nuevas actividades. El resultado obtenido de esta investigación permite trabajar de manera más cercana en las temáticas de mayor dificultad identificadas.

Strategies of expansion for electric power systems based on hydroelectric plants in the context of climate change: case of analysis of Colombia

The phenomena of climatic variability such as El Niño affect the expansion planning of electricity supply systems with hydroelectric power plants due to the uncertainty presented in the variables of rainfall patterns, temperature, wind, solar radiation changes, among others. The El Niño affects the electricity generation in Colombia, Venezuela and northwestern Brazil due to severe droughts that reduce water flows in rivers and water volume in dams. While in Peru, Paraguay, Bolivia, Uruguay, Argentina and southern Brazil, causes heavy rains that lead to an increase in reservoirs. Recent findings provide sufficient evidence on how climate change modifies the patterns of duration, frequency and intensity of El Niño and therefore will introduce additional uncertainties to the expansion planning of electricity generation systems in countries that uses predominantly hydroelectric power. The vulnerability of electricity supply systems with a significant participation of hydroelectric power plants in Colombia, Brazil, Ecuador, Peru, Panama, Canada, Norway, Costa Rica and New Zealand is associated with fluctuations in the availability of water resources. This document aims to analyze the current plans for the expansion of electric power generation systems by the aforementioned countries in the context of climate change in medium and long term. Additionally, this document provides a detailed analysis of the situation of electricity supply systems in Colombi

Una metodología para la enseñanza de ecuaciones diferenciales ordinarias mediante la teoría de los grupos de LIE en cursos de ingeniería

En el presente artículo se propone una metodología que permite la incorporación de la teoría de los grupos de LIE, en relación con las Ecuaciones Diferenciales Ordinarias (EDO’s) de primer orden, a nivel de pregrado en cursos de ingeniería. Se plantea una discusión sobre los fundamentos teóricos del método de los grupos de LIE en la solución de ecuaciones diferenciales de primer orden y se identifican los presaberes necesarios para una adecuada enseñanza del método a este nivel. Así mismo, se determina una metodología y se presentan los resultados de la aplicación de la misma en cursos regulares de EDO’s, encontrándose que la metodología propuesta es adecuada para los estudiantes expuestos a la misma, ya que interiorizaron los presupuestos teóricos y el concepto unificador de la invariación bajo grupos de simetrías y logran resolver, en forma analítica, EDO’s de primer orden tanto lineales como no lineales

Obtención de películas de ZnO impurificadas con Mn mediante la combinación de las técnicas Baño Químico y SILAR

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos al impurificar películas de ZnO con Mn al emplear un procedimiento combinando las técnicas SILAR y Baño Químico. Las películas se crecieron sobre sustratos de vidrio usando como precursores: cloruro de zinc (ZnCl2), cloruro de manganeso (MnCl2) y sulfato de manganeso (MnSO4), y como agentes complejantes: hidróxido de amonio (NH4OH) y trietanolamina (TEA). Se varió el tiempo que permanecen las películas en la solución de manganeso y la temperatura de la solución para estudiar su influencia en las propiedades de las películas. La caracterización se realizó mediante Difracción de Rayos X (DRX) para estudiar la cristalinidad y el tipo de fases presentes, Espectrofotometría UV-Visible (UV-Vis) para determinar la energía de la brecha prohibida, y Microscopia Raman (μ-Raman) para analizar los modos normales de vibración e identificar que compuestos se están formando en las películas. Se encontró que es preferible emplear TEA como agente complejante ya que hay menos precipitación de hidróxidos de manganeso en la estructura, y que es mejor la calidad cristalina de las películas cuando se emplea como solución precursora MnSO4 que con MnCl2. Además, se evidenció una disminución de la calidad cristalina de las muestras a medida que disminuye la temperatura de la solución de manganeso. Para lograr una incorporación sustitucional de Mn en la estructura del ZnO fue preferible emplear una temperatura de 70º C y un tiempo de inmersión en la solución de 2 h.Palabras clave: ZnO, Manganeso, Silar, Baño Químico, Microscopía Rama

Some exact solutions for a unidimensional fokker-planck equation by using lie symmetries

La ecuación de Fokker Planck aparece en el estudio de fenómenos de difusión, procesos estocásticos y mecánica clásica y cuantica. Un caso particular de esta ecuación, ut − uxx − xux − u = 0, es analizada empleando el método de los grupos de Lie. De la condición de invariación fue posible obtener los generadores infinitesimales ó vectores de la ecuación identificando los correspondientes grupos de simetría. Se obtuvieron soluciones exactas para cada uno de estos generadores y se construyeron nuevas soluciones aplicando propiedades de simetría.The Fokker Planck equation appears in the study of diffusion phenomena, stochastics processes and quantum and classical mechanics. A particular case fromthis equation, ut − uxx − xux − u=0, is examined by the Lie group method approach. From the invariant condition it was possible to obtain the infinitesimal generators or vectors associated to this equation, identifying the corresponding symmetry groups. Exact solution were found for each one of this generators and new solution were constructed by using symmetry properties

Los sistemas cognitivos artificiales en la enseñanza de la matemática

Este artículo presenta la implementación de los sistemas cognitivos artificiales (SCA) en los procesos de enseñanza-aprendizaje de las matemáticas. La justificación teórica de tal implementación se hace desde el punto de vista de la Matemática y la Educación Matemática como ciencias y la Ciencia Cognitiva, de las cuales emerge el Modelo Computacional-Representacional de la Matemática (MCRMAT). Este modelo de las matemáticas da cuenta del porqué los procesos de enseñanza aprendizaje de las matemáticas pueden y deben ser mediados mediante los sistemas cognitivos artificiales, que deben ser entendidos como herramientas de reorganización cognitiva. La comprensión que se alcance sobre el conocimiento producido con la mediación de las herramientas proporcionadas por los sistemas cognitivos artificiales es importante para la enseñanza de la matemática. En los ejemplos que se presentan en este trabajo se ha empleado software licenciado como Matlab y Mathcad

Potential solar radiation to generate electricity in the department of Putumayo in Colombia

En Colombia el área de las zonas no interconectadas a la red eléctrica corresponde al 50%, en particular, en el departamento del Putumayo hay un bajo índice de cobertura. Por otro lado, el potencial en energía solar es considerado alto, sin embargo, en regiones como el Putumayo, debido a las diferencias geográficas de sus subregiones, se desconoce con exactitud su valor. En esta investigación se determinó el potencial efectivo para la generación eléctrica solar en el Putumayo considerando restricciones técnicas y geográficas a partir de la información de múltiples bases de datos. Se encontró que el potencial efectivo solar más alto se da en la región Amazónica, y el más bajo en la región Andina. Por otro lado, al evaluar el consumo de energía eléctrica de las regiones, se concluye que se puede satisfacer esta necesidad con sistemas fotovoltaicos al producir energía eléctrica de autogeneración y generación distribuidaIn Colombia, the area of the zones not interconnected to the electricity grid corresponds to 50%, in particular, in the department of Putumayo there is a low coverage index. On the other hand, the potential in solar energy is considered high, however, in regions such as Putumayo, due to the geographical differences of its subregions, its value is unknown. In this investigation the effective potential for the solar electric generation in the Putumayo was determined considering technical and geographical restrictions from the information of multiple databases. It was found that the highest effective solar potential occurs in the Amazon region, and the lowest in the Andean region. On the other hand, when evaluating the electricity consumption of the regions, it is concluded that this need can be met with photovoltaic systems by producing self-generation electricity and distributed generatio