EELS Studies on Nanodiamonds and Amorphous Diamond-like Carbon Materials

Chemical analyses at the local (sub-nanometer/atomic) scale are crucial for improving the understanding of materials. For instance, for doped carbon nanostructures (as those of diamond family), these analyses are critical because their properties strongly depend on the chemical environment/configuration of the dopants ..

Utilización de la ecografía a pie de cama en Urgencias de Pediatría

La ecografía a pie de cama es una exploración ecográfica en el punto de atención al paciente, realizada por un profesional sanitario para dar respuesta a una duda diagnóstica específica o para guiar la realización de una técnica invasiva. Tiene unos objetivos muy concretos que suelen ir encaminados a definir la prueba como positiva o negativa y siempre debe aplicarse en el contexto clínico adecuado. El objetivo de este trabajo es describir el uso de la ecografía a pie de cama en un servicio de Urgencias de Pediatría, en cuanto a su frecuencia de empleo, sus indicaciones y sus resultados. Además, describir las características epidemiológicas y clínicas de los pacientes y determinar si el uso de la ecografía a pie de cama evita la realización de otras pruebas diagnósticas o si modifica el manejo clínico de los pacientes en Urgencias de Pediatría. Se ha realizado un estudio observacional prospectivo unicéntrico que se ha llevado a cabo en el servicio de Urgencias de Pediatría del Hospital Universitario Río Hortega de Valladolid. Los pacientes incluidos en el estudio han sido todos aquellos que han acudido al servicio de Urgencias de Pediatría, a los que, por decisión facultativa, se les ha realizado una ecografía a pie de cama entre el 1 de diciembre de 2019 al 31 de marzo de 2020. Se ha obtenido una muestra de 69 pacientes cuyo principal motivo de consulta ha sido la fiebre seguida de dificultad respiratoria. El diagnóstico más frecuente de estos pacientes ha sido el de neumonía. Al analizar si la ecografía sustituyó a otra prueba diagnóstica nos encontramos que, de los 69 pacientes, en 40 de ellos (57,9%) sí la sustituyó. En el caso concreto de los 26 pacientes diagnosticados de neumonía, en el 76,9% sí sustituyó a otra prueba diagnóstica. En cuanto a si la ecografía supuso un cambio en el manejo del paciente, encontramos que en 35 de ellos (50,7%) no lo supuso. Sin embargo, en 19 de los 26 pacientes diagnosticados de neumonía (73,1%), sí supuso un cambio en el manejo. La ecografía a pie de cama es una técnica que se está empezando a introducir en el servicio de Urgencias de Pediatría del Hospital Río Hortega de Valladolid como herramienta diagnóstica y cada vez es más frecuente su uso en el mismo, aumentando el personal que se forma en ello y que la realiza. La ecografía a pie de cama de pulmón es el tipo de ecografía que se realiza más frecuentemente en el servicio de Urgencias de Pediatría del Hospital Río Hortega de Valladolid. El uso de la ecografía a pie de cama es útil en el diagnóstico de neumonía, demostrando cambio en el manejo y en la petición de otras pruebas. Además, disminuye el tiempo de atención al paciente y contribuye a disminuir los costes derivados de la atención médica.Grado en Medicin

Modelado y recreación virtual del Space Shuttle con Catia v.5

El objetivo de este trabajo es la recreación virtual mediante CATIA V5 r19 del Space Shuttle, trasbordador espacial de la NASA empleado por los Estados Unidos de América entre 1981 y 2011. En el comienzo del proyecto se realiza una descripción del contexto histórico en el cual se encontraba sumido el país norteamericano durante el funcionamiento de este vehículo. Con esto, se tiene como objetivo definir el conjunto de circunstancias en torno al cual giraba el Space Shuttle durante sus etapas de diseño y operación, las cuales condicionaban su actividad y el funcionamiento del programa espacial americano en general. Una vez introducida su situación, se comentará su historia operacional y una breve descripción de las misiones acometidas por cada una de sus versiones. Tras esto, se pasará al desarrollo del núcleo principal de este trabajo: el modelado en 3D del trasbordador. Para ello se realizará un reporte del diseño secuenciado de cada uno de los elementos que componen el vehículo, tanto exteriores como interiores al mismo. Al terminar con este proceso, se mostrará cómo se ensamblan todas las partes de forma conveniente para acabar definiendo el modelo final en CATIA. Por último, se ha trabajado en mayor profundidad en la recreación del modelo real a través de la dotación de pintura y animaciones mediante 3D Studio Max.Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería Aeroespacia

In-situ electron microscopy studies of carbon nanomaterials

High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) imaging and electron energy loss spectroscopy (EELS), when conducted in a TEM, are very powerful techniques for studying the structure and composition of nanomaterials at the local scale. Their impact and richness can even been improved if, in parallel, the response of the nanomaterials to an external stimuli is investigated (in situ conditions). During this Final Master Project, these techniques, under in situ conditions, have been developed to investigate two different kind of carbon-based nanomaterials: endohedral functionalized single-walled carbon nanotubes (SW-CNTs) with fullerenes (peapods) and graphene oxide (GO). Electron irradiation in-situ TEM experiments have been carried out on these peapods systems. The evolution of this carbon hybrid nanostructure under electron irradiation has been studied. Experimental results showed that, through the energy applied by electronic irradiation, vacancies were formed in the wall of the nanotube resulting in the reaction with the fullerene and finally forming a nanobud (combination of a SWNT and spherical fullerene).The second system that we have investigated was graphene oxide. We have studied the electrical characteristics and the evolution of the structure and composition of graphene oxide via in situ electrical TEM measurements. To prepare the sample, a dual beam microscope has been employed to deposit the GO flake on a TEM nano-chip. Then, we proceeded with the application of in situ electrical measurements to observe the changes in the GO by taking low loss and core loss EEL spectra. These spectra allow us to study the composition, thickness and sp2 / sp3 of the sample. We have measured the electrical conductivity of GO and the relationship with the reduction and graphizitation of a GO flake.All these in situ TEM works have provided important inputs for the knowledge of these particular carbon nanostructures, their transformation and their properties. Some of these results will have a clear impact on the application of these nanomaterials.<br /

Optoelectronic properties and in-situ transformations of 1D and 2D materials studied by transmission electron microscopy

Durante los últimos 30 años, la ciencia de materiales ha contemplado un cambio de paradigma, donde se ha generado cada vez más interés dentro de la investigación en torno a los nanomateriales. Este cambio de paradigma se ha vuelto evidente a partir de la síntesis del grafeno en 2004 y la ola de investigación en nanomateriales que trajo consigo. Unas de las principales propiedades por las que los nanomateriales tienen cada vez más interés para la comunidad investigadora son sus propiedades optoelectrónicas. Estas propiedades han traído consigo aplicaciones en fotovoltaica, nanofotónica, sensores y campos como la biología o la medicina. La modificación de estas propiedades optoelectrónicas ofrece aún más posibilidades de aplicaciones para este tipo de materiales.Por otra parte, la investigación de la modificación de propiedades de materiales in situ ofrece un análisis más completo que cualquier otro tipo posible de estudio. De esta manera, la microscopía y espectroscopía de electrones (EELS) ofrece la posibilidad de aunar una vasta cantidad de información sobre diferentes propiedades de forma simultánea, como el espesor, la densidad másica o propiedades optoelectrónicas (como el band gap, características de la densidad de estados o respuesta plasmónica). Asimismo, la unión de todas las posibilidades que el TEM/STEM/EELS pueden ofrecer junto con la posibilidad de modificar una muestra in situ, ya sea aplicándole un voltaje, calentándola o a través de la irradiación de electrones, permite la posibilidad de estudios dinámicos no sólo sobre las propiedades de un material concreto, sino también en su evolución. Este manuscrito existe en la intersección entre los estudios de TEM/STEM/EELS, las propiedades optoelectrónicas, el análisis de datos creativo para condiciones difíciles, y los experimentos in situ. Esta tesis se ha desarrollado dentro del contexto de la Initial Training Network Marie Slodowska-Curie ¿Enabling Excellence¿. Los trabajos más esenciales de esta tesis se han plasmado en este manuscrito.Se han investigado las propiedades optoelectrónicas de aleaciones 2D atómicamente finas de MoxW1¿xS2. Hemos medido su band gap, características espectrales relacionadas con excitones y otros fenómenos espectrales que derivan de puntos de Van Hove en la densidad de estados; tanto en función de el grado de aleación (el contenido de Mo) como en función del espesor (número de capas) de los copos. También se han realizado análisis plasmónicos de nanoestructuras de oro con una alta relación de aspecto. Este análisis se centra tanto en la parte de materiales del estudio (las propiedades plasmónicas de estas nanoestructuras de oro de alta relación de aspecto) como en el aspecto relacionado con el análisis de datos, ofreciendo una rutina de análisis prometedora que podría en principio ser usada para otros tipos de caracterización. Por último, la reducción termal in situ de copos de óxido de grafeno se ha estudiado dentro de un TEM. Los análisis TEM/EELS a varias temperaturas han permitido aunar suficiente información como para poder elaborar una hipótesis completa sobre qué grupos se desorben de la muestra a qué temperaturas, y qué implica esta desorción para la muestra en sí. Para concluir, estos trabajos han hecho avanzar el entendimiento sobre los diversos materiales 1D y 2D presentes en ellos, así como sobre los posibles cambios que pueden sufrir; lo cual puede ser beneficioso para el desarrollo de diferentes tipos de aplicaciones en el futuro.<br /

Optimisation of graphite-matrix composites for collimators in the LHC upgrade

Esta tesis doctoral se ha realizado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), ubicada en Ginebra (Suiza).En el CERN se estudia la estructura y la física de la materia, con ayuda de haces de partículas de alta energía. El acelerador “Gran Colisionador de Hadrones” (LHC) produce el haz de partículas con la mayor energía del mundo. La energía total contenida en el haz equivale a la energía de un avión Airbus A320 lleno (66 t) viajando a 380 km/h, pero concentrada en el diámetro de la mina de un lápiz. Para trabajar con esos haces de alta energía son necesarios equipos de protección e interceptación del haz, particularmente los colimadores. Los materiales absorbentes de los colimadores tienen que resistir a uno de los entornos más duros creados por el hombre. Además de eso, no pueden alterar el funcionamiento normal del acelerador, lo que introduce requisitos adicionales como alta conductividad eléctrica o compatibilidad con ultra alto vacío. Finalmente, tiene que ser posible producir estos materiales industrialmente, por lo que se necesitan procesos fiables y económicamente viables.En los próximos años, está prevista una importante serie de mejoras llamada “LHC de alta luminosidad” (HL-LHC upgrade), que requiere colimadores con materiales absorbentes de mejores prestaciones. Esto plantea el desarrollo de nuevos materiales.Los materiales compuestos de matriz grafítica, en concreto los que incluyen las ventajas del sinterizado en fase líquida, pueden cumplir con la inusual combinación de propiedades. Aparte de alta densificación por infiltración de poros, una fase líquida adecuada induce grafitización catalizada por medio de la disolución de átomos individuales de carbono y precipitación de grafito “fresco”.Esta tesis busca ampliar significativamente el conocimiento de los mecanismos físicos — como la grafitización catalizada — que controlan el comportamiento de estos materiales. Uno de los objetivos principales de esta investigación es encontrar nuevas rutas de producción que reduzcan el coste y faciliten el control del sinterizado, por lo tanto, que consigan aumentar su aplicación y uso en el mercado. Un gran abanico de elementos ha sido explorado, de los cuales el cromo fue seleccionado.Cuatro grados de material carburo de cromo - grafito (CrGr) fueron producidos y caracterizados en profundidad. Se han presentado resultados de la caracterización termofísica de todos los grados desarrollados. Los ensayos incluyen caracterización de la microestructura e identificación de las fases cristalinas. Los coeficientes de expansión térmica y la estabilidad de las fases se han caracterizado con difracción de rayos X in-situ hasta 600°C. Los resultados se han comparado con dos grados comerciales de grafito también caracterizados: grafito pirolítico y grafito isotrópico de grano fino (grado nuclear).Los composites de carburo-grafito investigados están mayoritariamente compuestos de grafito orientado, por lo que muestran un comportamiento transversalmente isótropo con propiedades en la dirección de los planos basales comparables a las de grafitos orientados puros. Sin embargo, a diferencia de estos últimos, que son extremadamente anisotrópicos, los composites mantienen propiedades termofísicas y mecánicas razonables en la dirección perpendicular a los planos basales.Además de ser aplicable en física de altas energías, la combinación de propiedades de estos composites es atractiva para un amplio catálogo de aplicaciones de transferencia de calor, particularmente aeroespaciales y electrónicas, donde se necesitan bajos coeficientes de expansión, bajas densidades y altas conductividades térmicas.<br /

Anisotropic Au-ZnO photocatalyst for the visible-light expanded oxidation of n-hexane

In this work we present a novel metal-semiconductor heterostructure that contains triangular and prism-shaped plasmonic gold nanostructures directly synthesized and assembled onto ZnO nanostructures. Spatially-resolved (SR) high-resolution electron energy loss spectroscopy (EELS) at the local (sub-nanometer scale) level confirmed the field enhancement of the local electromagnetic fields in the surroundings of the triangular and prism-shaped Au nanostructures and in the interfacial junction between Au and ZnO. Different LED excitation sources have been systematically selected in the whole UV–vis-NIR range to evaluate the photocatalytic response of the Au-ZnO heterostructures towards the oxidation of n-hexane, selected as a model VOC present in indoor environments. The Au-ZnO exhibits visible expanded photo-response with the more energetic interband and intraband electrons and the higher LED irradiation wavelengths and it is able to outperform its ZnO plain counterpart.Financial support from the European Research Council (ERC Advanced Grant CADENCE number 742684) is gratefully acknowledged. We also acknowledge the support from CIBER-BBN and MINECO (Spain) with project CTQ2016-79419-R. R.A. acknowledges funding from the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (project grant MAT2016-79776-P (AEI/FEDER, UE)) and from the European Union H2020 program “ESTEEM3” (823717).Peer reviewe

Ping‐pong energy transfer in covalently linked porphyrin‐MoS2 architectures

Molybdenum disulfide nanosheets covalently modified with porphyrin were prepared and fully characterized. Neither the porphyrin absorption nor its fluorescence was notably affected by covalent linkage to MoS2. The use of transient absorption spectroscopy showed that a complex ping‐pong energy‐transfer mechanism, namely from the porphyrin to MoS2 and back to the porphyrin, operated. This study reveals the potential of transition‐metal dichalcogenides in photosensitization processes.This project has received funding from EC H2020 under the Marie Sklodowska‐Curie grant agreement No. 642742. HRSTEM and EELS studies were conducted at the Laboratorio de Microscopias Avanzadas, Instituto de Nanociencia de Aragon, Universidad de Zaragoza, Spain. R.A. gratefully acknowledges support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) through project grant MAT2016‐79776‐P (AEI/FEDER, UE) and from EC H2020 programs “Graphene Flagship” (785219), FLAG‐ERA—“GATES” (JTC‐PCI2018‐093137) and “ESTEEM3” (823717). R.A. also acknowledges Government of Aragon under the project “Construyendo Europa desde Aragon” 2014‐2020 (grant number E13_17R).Peer reviewe

Pyrene coating transition metal disulfides as protection from photooxidation and environmental aging

This article belongs to the Section Nanocomposite Materials.Environmental degradation of transition metal disulfides (TMDs) is a key stumbling block in a range of applications. We show that a simple one-pot non-covalent pyrene coating process protects TMDs from both photoinduced oxidation and environmental aging. Pyrene is immobilized non-covalently on the basal plane of exfoliated MoS2 and WS2. The optical properties of TMD/pyrene are assessed via electronic absorption and fluorescence emission spectroscopy. High-resolution scanning transmission electron microscopy coupled with electron energy loss spectroscopy confirms extensive pyrene surface coverage, with density functional theory calculations suggesting a strongly bound stable parallel-stacked pyrene coverage of ~2–3 layers on the TMD surfaces. Raman spectroscopy of exfoliated TMDs while irradiating at 0.9 mW/4 μm2 under ambient conditions shows new and strong Raman bands due to oxidized states of Mo and W. Yet remarkably, under the same exposure conditions TMD/pyrene remain unperturbed. The current findings demonstrate that pyrene physisorbed on MoS2 and WS2 acts as an environmental barrier, preventing oxidative surface reactions in the TMDs catalyzed by moisture, air, and assisted by laser irradiation. Raman spectroscopy confirms that the hybrid materials stored under ambient conditions for two years remained structurally unaltered, corroborating the beneficial role of pyrene for not only hindering oxidation but also inhibiting aging.This research was funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 642742, under the “Graphene Flagship” project grant agreement No 785219 and under the ESTEEM-3 project grant agreement No 823717. This research was also partially funded by the project “Advanced Materials and Devices” (MIS 5002409), which is implemented under the “Action for the Strategic Development on the Research and Technological Sector” funded by the Operational Program “Competitiveness, Entrepreneurship and Innovation” (NSRF 2014–2020) and co-financed by Greece and the European Union (European Regional Development Fund). This work was supported by the COST Action CA15107 MultiComp. This research was also supported by the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad (MAT2016-79776-P), from the Government of Aragon and the European Social Fund under the project “Construyendo Europa desde Aragon” 2014–2020 (grant number E13_17R).Peer reviewe

Rhodium single-atom catalyst design through oxide support modulation for selective gas-phase ethylene hydroformylation

A frontier challenge in single-atom (SA) catalysis is the design of fully inorganic sites capable of emulating the high reaction selectivity traditionally exclusive of organometallic counterparts in homogeneous catalysis. Modulating the direct coordination environment in SA sites, via the exploitation of the oxide support's surface chemistry, stands as a powerful albeit underexplored strategy. We report that isolated Rh atoms stabilized on oxygen-defective SnO2 uniquely unite excellent TOF with essentially full selectivity in the gas-phase hydroformylation of ethylene, inhibiting the thermodynamically favored olefin hydrogenation. Density Functional Theory calculations and surface characterization suggest that substantial depletion of the catalyst surface in lattice oxygen, energetically facile on SnO2, is key to unlock a high coordination pliability at the mononuclear Rh centers, leading to an exceptional performance which is on par with that of molecular catalysts in liquid media