3D structuration of MOF layers for gas sensors enhancement and its application in microreactors

En este trabajo se han sintetizado capas de ZIF-8 sobre soportes de silicio y poliméros por su posterior integration en microdispositivos. La sίntesis de la capa ZIF-8 se produjo a temperatura ambiente mediante la inmersión repetida de las bases en la solución precursora. El método de sίntesis fue compatible con la fabricación de micro membranas autosoportadas no se consiguió. En el estudio del compuesto PBI/ZIF-8 para sίntesis de membranas asimetricas se han obtenido resultados muy prometedores

Estudio, mejora y optimización del robot de desactivación de explosivos Teodor

Este trabajo se propone ofrecer un estudio sobre la mejora y optimización del robot de desactivación de explosivos Teodor con el fin de desarrollar diferentes líneas de investigación y desarrollo a través de las que situar al dispositivo a la altura de las necesidades actuales del Ejército de Tierra.El Teodor fue el primer robot EOD adquirido por el ejército español (año 2002). Desde entonces se han adquirido dos modelos nuevos, el iRobot PackBot 510 y el Avenger. A pesar de que cada robot posee teóricamente su propio ámbito de actuación, la brecha tecnológica entre los nuevos y el primero es cada vez más grande, posicionando al Teodor en un segundo plano tanto operativo como técnico. Este trabajo se centra en estos dos últimos términos, apostando por soluciones que aumenten la utilidad y polivalencia del robot en escenarios presentes y futuros.En cuanto a la metodología empleada, dada la gran diversidad de líneas de mejora posibles, como punto de partida se ha hecho uso de varias herramientas de ayuda a la decisión, empezando por entrevistas dirigidas a operadores EOD. Una vez priorizadas las líneas de mejora, se ha realizado la recreación digital de aquellas sobre las que se ha decidido trabajar. Posteriormente, mediante la tecnología de impresión 3D se han fabricado prototipos de los implementos que se proponen como mejora con el objetivo de hacer pruebas reales con el robot y optimizar de la manera más certera posible el resultado definitivo. Por último, se ha llevado a cabo un estudio de nuevos escenarios de trabajo con el fin de aumentar el alcance y funcionalidad del ámbito de actuación actual del Teodor.  <br /

Gas detection of different polarity molecules by capacitive sensors based on zeolites

Este trabajo fin de máster se enmarca dentro de una línea de investigación que pretende el desarrollo de microsistemas con capas/recubrimientos zeolíticos como elemento diferenciador para su uso en detección de especies gaseosas. Más concretamente, se ha desarrollado un sensor basado en un efecto capacitivo/resistivo y utilizando como elemento sensible, materiales zeolíticos, concretamente zeolitas de estructuras LTA y MFI. Dichos materiales se han sintetizado y caracterizado mediante SEM y XRD en el laboratorio e incorporado dentro de los sensores fabricados dentro de sala blanca. Estos sensores se han caracterizado para conocer el comportamiento eléctrico de los mismos y poder medirlos y utilizarlos posteriormente en mezclas reales de gases. Para ello, se han estudiado los diagramas de Nyquist y Bode para las distintas situaciones, sensores sin material sensible y con material depositado y cada uno de ellos a distintas temperaturas. Esta caracterización nos ha llevado a trasvasar esta información hacia nuevos sensores basados en el mismo principio. Esta vez, en lugar de depositar el material sensible en el transductor se propone dibujar el transductor encima del material sensible. Con ello hemos obtenido nanosensores de cristales individuales de zeolita y los hemos caracterizado del mismo modo. Para la caracterización final de los sensores se ha puesto a punto una planta experimental de caracterización por mezclas gaseosas. Los rprometedores resultados se han analizado siguiendo los parámetros estándar de este tipo de sensores

Micropatterned substrate modified with hydrophic coating for dewatering applications

Este trabajo fin de máster se enmarca dentro de una línea de investigación que pretende el desarrollo de microsistemas con capas/recubrimientos zeolíticos como elemento diferenciador. Para tal fin es necesaria la integración de la etapa de síntesis y crecimiento de las capas policristalinas de zeolita en los esquemas clásicos de microfabricación. Más concretamente, en este trabajo se proponen micro-trampas// micro-preconcentradores de agua para corrientes gaseosas. Estos dispositivos cobran especial importancia en los sistemas de análisis químico donde el acondicionamiento de la muestra gaseosa mejora la cuantificación/detección. Para tal fin se han propuesto dos vías de estudio, ambas sobre materiales microporosos hidrofílicos, que difieren en la naturaleza del soporte microestructurado: silicio y fotoresina SU8. Por una parte se va a estudiar la síntesis y caracterización de capas policristalinas de zeolitas hidrofílicas de tipo A (estructura LTA) a escala de oblea con capa fina de SiO de tres pulgadas de diámetro. Por lo tanto va a ser necesaria una optimización de los procesos de siembra previa a la etapa de crecimiento secundario y posterior eliminación del agente estructurante para conseguir recubrimientos homogéneos y con buena adhesión a un soporte con las dimensiones típicamente usadas en los procesos actuales de sala blanca. Mediante técnicas de caracterización morfológica y estructural (SEM-EDX, XRD) se definirán las condiciones de síntesis más adecuadas para cada estructura zeolítica. En paralelo, se van a definir los diseños de las máscaras (con relación de aspecto: longitud de canal/dimensión característica del canal variable) para el grabado en superficie de las microestructuras sobre obleas de Si. Los soportes microestructurados de Si serán sometidos a los procesos optimizados de crecimiento secundario para conseguir un recubrimiento homógeneo y una carga de adsorbente adecuada a la aplicación que se persigue

Estudio de necesidad de sistemas de defensa NBQ en vehículos aerolanzables de exploración de caballería

En el presente trabajo se realiza un estudio sobre las necesidades de sistemas de defensa NBQ en vehículos aerolanzables de exploración de caballería. Mediante la realización de entrevistas estructuradas a expertos y cuestionarios se han obtenido las necesidades principales frente a la amenaza NBQ en este tipo de vehículos. Una vez analizadas, y mediante el empleo de diversas metodologías de ayudas a la decisión, se exponen distintas soluciones y se valora la mejor opción. Finalmente, se analiza la propuesta del mejor vehículo y sistemas de defensa para la realización de este tipo de misiones. El trabajo aborda el problema de la falta de sistemas suficientemente sofisticados de defensa NBQ en los vehículos de exploración, en un momento en el que la amenaza de estos agentes supone un riesgo en zona de operaciones. Es por ello por lo que ha surgido la necesidad de proponer la adaptación de sistemas de defensa NBQ en vehículos con capacidades para la realización de misiones de reconocimiento, cubriendo así un abanico más amplio de posibilidades en las misiones internacionales, y proporcionando una mayor seguridad a la tripulación en el combate.<br /

Remodelación del campo de maniobras “las Batiellas”. Estudio de posibilidades y necesidades de cara a despliegue en zona de operaciones.

El presente trabajo se ha desarrollado con el objetivo de identificar aquellas instalaciones que deban ser incluidas en el Campo de Maniobras y Tiro “Las Batiellas”, con el fin de dotar de dichas instalaciones al Regimiento de Cazadores de Montaña “Galicia” nº 64, para así favorecer que el nivel de instrucción y adiestramiento de dicha unidad se incremente hasta el máximo de sus posibilidades. Se propone así una ordenación óptima del terreno que permite disponer de dichas instalaciones en el recinto disponible.<br /

Síntesis y caracterización de capas zeolíticas a nivel de oblea para su incorporación en procesos de microfabricación. Desarrollo de micromembranas de MFI para separación de mezclas H2/CO2

Este proyecto se enmarca dentro de una línea de investigación que desarrolla microsistemas con capas/recubrimientos zeolíticos como elemento activo. Para tal fin es necesaria la integración de la etapa de síntesis y crecimiento de las capas policristalinas de zeolita en los esquemas clásicos de microfabricación basados en tecnologías de silicio. Más concretamente, este trabajo aborda en primer lugar la síntesis y caracterización de capas de materiales zeolíticos porosos (silicalita (estructura MFI), de zeolita tipo A (estructura LTA) y de zeolita tipo Y (estructura FAU)) sobre soportes basados en silicio. Con este objeto, va a ser necesaria una optimización de los procesos de siembra y un estudio detallado de la etapa de crecimiento secundario y la posterior eliminación del agente estructurante para conseguir recubrimientos homogéneos y con una buena adhesión al soporte de dimensiones típicas utilizadas en los procesos actuales de sala blanca. Mediante técnicas de caracterización morfológica y estructural (SEM-EDX, XRD) se definirán las condiciones de síntesis más adecuadas para cada estructura zeolítica. Teniendo en cuenta estos resultados, en un segundo lugar se definirán los procesos de microfabricación para la obtención de diferentes microestructuras. En particular, se pretende llevar a cabo la microfabricación de micromembranas de zeolita con distintas orientaciones cristalográficas para su posterior utilización en una aplicación concreta, separación de mezclas de hidrógeno y dióxido de carbono. Se compararán los resultados obtenidos en términos de permeación y factor de separación con los publicados en la literatura. Otra aplicación que aquí se plantea es la obtención de microtrampas o micropreconcentradores y sensores de humedad de tipo capacitivo mediante procesos de litografía y grabado húmedo. A esta escala se pueden llegar a conseguir elevadas relaciones superficie/volumen imprescindibles dentro de estos campos

La defensa NBQR en las unidades mecanizadas

El Regimiento de Infantería ‘La Reina’ nº 2, encuadrado en la Brigada ‘Guzmán el Bueno’ X, donde he realizado las prácticas externas durante el período comprendido entre el 2 de septiembre al 18 de octubre del 2019, está compuesto por dos batallones mecanizados, los cuales cuentan con vehículos como el Vehículo de Combate de Infantería (VCI) Pizarro y el Transporte Oruga Acorazado (TOA), sobre los que se va a centrar este proyecto. Cabe aclarar que en este trabajo cuando se haga referencia al VCI Pizarro nos referiremos a su última versión, la fase 2. El problema planteado desde esta unidad, el cual se va a abordar en este proyecto, trata acerca de la capacidad de defensa nuclear, biológica, química y radiológica (NBQR) de estos dos vehículos, pues se ha detectado que el sistema de defensa del TOA ante estas situaciones es insuficiente o inexistente, ya que dicho vehículo ha quedado obsoleto en comparación con otros vehículos mecanizados más actuales (se espera que sea repuesto en un futuro próximo por los nuevos 8x8 Dragón), y el del Pizarro podría mejorarse de alguna manera implementando algún cambio o actualización. Básicamente, se ha tratado de analizar la capacidad actual de Defensa NBQR con la que cuentan los vehículos mecanizados TOA y VCI Pizarro, con el objetivo de vislumbrar si realmente están preparados ante situaciones de ambiente NBQR y finalmente proponer a través de distintas herramientas alguna mejora. El proyecto se ha estructurado en tres líneas de investigación para cada vehículo: detección, protección y descontaminación de agentes NBQR. En cada una de ellas se describe por separado la capacidad de la que disponen los dos vehículos contra este tipo de agentes en las distintas fases ya mencionadas. De esta manera, el proyecto adquiere un aspecto de análisis integral de cada vehículo en las distintas fases NBQR.Finalmente, se han llegado a una serie de conclusiones mediante un análisis de la información obtenida:1. La nula capacidad de Defensa NBQR del TOA y por tanto la necesidad de que sea sustituido cuanto antes por un vehículo mecanizado más moderno y con más aptitudes en este aspecto.2. Sería aconsejable incluir alguna posible mejora o adquisición para la Defensa NBQR del VCI Pizarro.3. Una serie de recomendaciones que debería incluir el nuevo 8x8 para su sistema NBQR en base a las deficiencias que hemos observado tanto en el TOA como en el VCI Pizarro.<br /

Development of μ-sensors and μ-preconcentrators for explosives and chemical threats detection

El presente trabajo ha sido realizado en el Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente de la Universidad de Zaragoza, dentro del grupo de Par-tículas y Películas Nanoestructuradas (NFP) vinculado al Instituto de Nanociencia de Aragon (INA). Esta investigación se ha llevado a cabo en un periodo de 5 años (2014-2019) y ha estado alineada con el proyecto de investigación NanoTRAPTOR (CTQ2013-49068-C2-1-R) financiado por el MICINN (España) y enmarcada dentro del plan de ayu-da para la formación de doctores financiado por el mismo organismo como plan de For-mación de Personal Investigador (FPI, BES-2014-068036). Además, durante el transcur-so de esta Tesis se realizó una Estancia Académica (agosto – diciembre 2016) a la Univer-sidad de Michigan (EE. UU.) financiada por el MICINN (EEBB-I-16-10740).Esta Tesis Doctoral se enfoca en el estudio de nuevas soluciones en materia de pre-vención y respuesta rápida contra amenazas NBQe (nuclear, biológica, química y explosi-va). Este trabajo propone la integración de sorbentes micro- y mesoporosos (zeolitas, po-límeros de coordinación porosa y materiales mesoporosos basados en sílice) así como de películas poliméricas de líquidos iónicos basados en imizadol, todos ellos con afinidad específica hacia compuestos nitroderivados y organofosforados en una nariz electrónica funcional para la preconcentración y detección de vapores de explosivos y agentes nervio-sos en condiciones relevantes. El dispositivo miniaturizado tipo nariz electrónica se com-pone de una unidad de micropreconcentración y de un detector de gases basado en una plataforma de micropalancas funcionalizadas con materiales nanoestructurados.El potencial de los dispositivos desarrollados en este trabajo se ha evaluado median-te su exposición a gases/vapores relacionados con explosivos y simulantes de agentes nerviosos (AN), todos ellos en fase gas a concentraciones relevantes (concentraciones a nivel traza). Así, la plataforma multisensora basada en micropalancas funcionalizadas ha sido evaluada en la detección de vapores de compuestos nitroaromáticos (orto-nitrotolueno, o-MNT) así como de marcadores de explosivos (dimetil dinitrobutano, DMDNB) y explosivos comerciales (cordón detonante y C-4) en condiciones ambienta-les. Los micropreconcentradores funcionalizados han sido ensayados para la adsorción y preconcentración del simulante de AN dimetil metilfosfonato DMMP a concentraciones de partes por billón (ppb) y partes por millón (ppm). Finalmente, como prueba de concep-to, la unidad de micropreconcentración se ha conectado con el chip de micropalancas fun-cionalizadas para mejorar la sensibilidad de este último en la detección de compuestos orgánicos volátiles, n-hexano como modelo, a concentraciones de partes por millón.Esta tesis se estructura en siete capítulos en aras de una fácil comprensión:• En el Capítulo I se introduce una de las mayores preocupaciones de muchas Agencias de Seguridad: la defensa contra amenazas NBQe derivadas de ata-ques terroristas, particularmente, de aquellas relacionas con el uso de explo-sivos y agentes de guerra química (en especial agentes nerviosos). Se pre-senta un breve resumen de las soluciones comerciales que actualmente están siendo usadas por las Fuerzas y Cuerpos de Seguridad del Estado para pre-venir y actuar en caso de amenaza. A continuación, se repasan los principa-les progresos científicos en el área de detección de explosivos y agentes ner-viosos en fase gas, así como de materiales para la adsorción preferencial de compuestos que contengan grupos nitro y fosfonato, característicos de com-puestos explosivos y organofosforados, respectivamente.• El Capítulo II presenta los materiales micro- y mesoporosos, así como las películas poliméricas de líquido iónico propuestos en este trabajo para su in-tegración en los microdispositivos (micropreconcentrador y sensor de gas). Los protocolos de síntesis de cristales discretos o de películas policristalinas homogéneas con espesor controlado de unas pocas micras son presentados, así como el esquema para su integración en el dispositivo final atendiendo a las características de cada material. Por último, se discute la composición, cristalinidad, morfología, propiedades texturales, cristalografía y estabilidad térmica de los sorbentes/solventes.• El Capítulo III está dedicado a la detección de compuestos explosivos usan-do la plataforma sensora basada en un conjunto de micropalancas modifica-das con sólidos nanoporosos. Las micropalancas funcionalizadas son ex-puestas a vapores de compuestos relacionados con explosivos, así como de explosivos reales (cordón detonante y C-4). Los distintos recubrimientos nanoestructurados son ensayados con la finalidad de elaborar una base de datos de materiales con su respuesta ante cada explosivo, cuya combinación potencialmente pueda derivar en una huella olfativa característica que permita su detección e identificación.• El Capítulo IV describe el diseño y fabricación en sustrato silíceo de los chips microfluídicos, incluyendo los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento como micropreconcentrador. El diseño del microdispositivo ha sido asistido por un modelo tridimensional basado en elementos finitos. Este modelo se ha usado para calcular la distribución del fluido en el interior del dispositivo, así como la distribución del calor que disipa la espira de ca-lefacción integrada en la parte inferior del mismo. Las ecuaciones numéricas han sido resueltas usando la herramienta comercial COMSOL Multiphysics.• El Capítulo V presenta las propiedades de adsorción dinámica de los micro-preconcentradores modificados con sorbentes micro- y mesoporosos, así como con películas poliméricas de líquido iónico, usando como molécula diana el simulante de agente nervioso DMMP a concentraciones de parte por millón. Se presentan también las distintas expresiones analíticas empleadas para describir el proceso de sorción. Igualmente, se introduce el modelo ma-temático tridimensional desarrollado en COMSOL Multyphysics para simu-lar la evolución de la composición de la fase fluida y sólida a lo largo del proceso de adsorción. • El Capítulo VI recoge la evaluación del coeficiente de preconcentración de una selección de micropreconcentradores funcionales después de haber sido expuestos a trazas de DMMP (concentraciones de partes por billón). Final-mente, el funcionamiento del sistema miniaturizado tipo nariz electrónica compuesto por la unidad de micropreconcentración aguas arriba del chip de micropalancas funcionalizadas se demuestra con vapores de n-hexano a con-centraciones de partes por millón.• El Capítulo VII recoge las principales conclusiones de esta Tesis y presenta algunas de las diferentes líneas de investigación derivadas de los resultados obtenidos en este trabajo.<br /

Navegación y topografía en terreno desértico: Anteproyecto de un sistema de navegación (software y hardware)

El proyecto presenta el estudio y propuesta de una posible adquisición de un Sistema de Navegación en Desierto, con función de Mando, Control y Seguimiento, para uso a nivel particular por los Cuadros de Mando. Este sistema está constituido por dos partes claramente diferenciadas, la estructura física (el hardware(HW)) y la estructura lógica (el software(SW)). Dicho sistema está compuesto por un software de navegación con funciones de Gestión Cartográfica (SIG), Mando, Control y Seguimiento, un Sistema Operativo asociado y un dispositivo físico para su uso. El proyecto implica un estudio inicial de las necesidades del ejército mediante un análisis del Estado del Arte, el estudio de las alternativas y la aplicación de las herramientas (DAFO, análisis de riesgos, etc.) para poder llevarlo a cabo. Como resultado de estos análisis se ha elaborado un Pliego de Prescripciones Técnicas, donde se recogen todos los requerimientos técnicos del sistema. Además, se recogen las bases de un anteproyecto, donde se recogen detalladamente todos los requerimientos técnicos del sistema y la viabilidad técnica y económica.<br /