Maestría en Ingeniería de Materiales
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Item Determinación de las condiciones de producción de carbones activados a partir de residuos de la agroindustria del cacao para su posible uso como electrodo en supercondensadores(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-12) Martínez Galindo, Aylin Vanesa; Vargas Ceballos, Óscar Andrés; Méndez Camacho, Yelsin Enrique; Córdoba Tuta, Elcy María; Scharifker, Benjamín RubénLos residuos de cacao generados durante un proceso de extracción de polifenoles, se pueden reutilizar para generar un mayor valor agregado en un marco de economía circular. Una aplicación prometedora es el desarrollo de carbón activado para su uso en dispositivos de almacenamiento de energía, como electrodos de supercondensadores. La capacidad de almacenamiento de energía del carbón activado está influenciada por varios factores, incluido el tipo de biomasa, el método de activación y el proceso de carbonización. En esta investigación se implementó el método de activación química para la síntesis de carbones activados, utilizando cloruro de zinc (ZnCl₂) como agente activante y residuos de la agroindustria del cacao como materia prima. Las proporciones de agente activante y materia prima utilizada son 1:1, 2:1 y 3:1, respectivamente. La activación térmica se desarrolló a 650 °C y 900 °C, con tiempos de carbonización de 30 y 120 minutos. El lavado del carbón activado se realizó con HCl (1M). Los carbones activados se sometieron a análisis elemental CHNS, caracterización textural por medio de adsorción de nitrógeno y análisis termogravimétrico (ATG) en atmósfera de aire y nitrógeno. Las evaluaciones electroquímicas se realizaron mediante voltamperometría cíclica y carga descarga galvanostática. Los resultados muestran que el material sintetizado a 900 °C/30 minutos con una relación de impregnación de 3:1 tiene una capacitancia específica de 76 F/g y una alta área superficial de 1483 m²/g, con un porcentaje de retención de la capacitancia del 86,8% durante 1000 ciclos de carga y descarga galvanostática a 1 A/g, lo que indica su viabilidad para su uso en electrodos para supercondensadores.Item Evaluación de la microdureza y resistencia a la corrosión de recubrimientos de Cr2O3-Al2O3 depositados mediante proyección térmica por llama en aceros al carbono AISI/SAE 1020 y ASTM A572(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-22) Pieschacón Hurtado, Juan Fernando; González Hernández, Andrés Giovanni; Rincón Ortiz, Mauricio; Blanco Vásquez, Sergio Ismael; Monsalve Arias, Mónica JohannaLos recubrimientos cerámicos fueron elaborados por proyección térmica sobre los aceros al carbono AISI/SAE 1020 y ASTM A572 gr50. Tres mezclas de polvos con proporciones de Cr2O3-10%Al2O3, Cr2O3-20%Al2O3, y Cr2O3-30%Al2O3 en peso fueron elaboradas para las proyecciones de los recubrimientos empleando una llama oxidante. Se evaluó la microdureza de estos recubrimientos y se comparó con valores tomados de la literatura, donde se encontró que los recubrimientos elaborados en este proyecto presentaron valores similares a los elaborados por técnicas como la proyección por plasma atmosférico (APS) o la proyección a alta velocidad (HVOF). La resistencia a la corrosión ambiental se evaluó mediante la exposición a niebla salina durante 28 días, tomándose registro fotográfico cada 7 días, donde se encontró que las proporciones de Cr2O3-20%Al2O3, y Cr2O3-30%Al2O3 eran las más adecuadas para proteger contra la corrosión en ambientes húmedos no sumergidos. Por otro lado, la resistencia a la corrosión se determinó cuantitativamente a partir de la medición de la resistencia a la polarización (Rp) mediante espectroscopía de impedancia electroquímica, y la densidad de corriente de corrosión (icorr) mediante una curva de polarización. Estos ensayos mostraron que la proporción Cr2O3-20%Al2O3 presentaba los mejores resultados, debido a su elevado Rp (superior a 220 kΩ*cm2) respecto a los demás recubrimientos, en particular sobre el acero AISI/SAE 1020. Finalmente, se determinó la velocidad de corrosión de los recubrimientos mediante el método de extrapolación de Tafel y se encontró que el recubrimiento Cr2O3-20% Al2O3 fue el más resistente a la corrosión.Item Preparación de emisores orgánicos en azul y rojo con potencial aplicación en diseño de OLEDs(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-27) Olivar Rincón, Francy Andrea; Kouznetsov, Vladimir Valentinovich; Merchán Arenas, Diego R.; Meléndez Reyes, Ángel Manuel; Echeverry González, Carlos AlbertoLa fabricación de dispositivos optoelectrónicos con mayor eficiencia energética ha sido inseparable de la síntesis de nuevos materiales orgánicos. Se desarrolló la síntesis de 4-(4-metoxifenil)-3-metil-2-fenilquinolinas (MMFQ), incorporando como precursor renovable, el aceite esencial de frutos secos de anís (Illicium verum Hook fillius), cuyo componente principal es el trans-anetol, utilizando una secuencia de dos pasos: reacción de Povarov y reacción de oxidación, en ambos casos mediada por activación con microondas. Las quinolinas obtenidas fueron incluidas como ligandos en la preparación de complejos organometálicos de iridio(III), tipo Ir(2,4-dfq)2.(acac), con rendimientos entre 49 y 61%. La caracterización estructural de las tres moléculas de MMFQ sustituidas en posición 6, 6-fluor-MMPQ (F-MMPQ) y 6-metoxi-MMPFQ (OMe-MMFQ) y la de sus respectivos complejos de iridio(III) se analizó mediante experimentos de RMN, FT-IR y DRX. El análisis fotofísico permitió observar una emisión brillante en la región azul para las quinolinas y emisión roja para los complejos (bajo una longitud de onda de excitación UV de 325 nm con una potencia de 18 mW. Las propiedades térmicas y fotofísicas de los semiconductores preparados presentaron valores muy cercanos a los materiales de referencia, lo que permite posicionarlos como candidatos válidos para ser incluidos en la estructura de las capas emisoras de luz en un OLED.Item Incorporación de un residuo alcalino de la industria siderúrgica en geopolímeros basados en metacaolín: Resistencia mecánica y lixiviabilidad del conjunto(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-24) Arenas Arenas, Adriana Isabel; Delvasto Angarita, Pedro Luis; Lara Castro, René Homero; Villaquirán Caicedo, Mónica AlejandraLos geopolímeros son una clase de materiales elaborados mediante activación alcalina los cuales tienen en su composición alumino-silicatos. Estos materiales poseen propiedades como alta resistencia química, térmica, mecánica y son potencialmente eficientes para encapsular residuos sólidos, esto es debido a que poseen baja porosidad y poca lixiviación. En el presente trabajo se sintetizaron materiales geopoliméricos basados en caolines tratados térmicamente (provenientes de la vereda Barro Blanco, Oiba, Santander), por medio de activación alcalina, incluyendo en la formulación de estos materiales un residuo industrial, específicamente polvos de acería (EAFD) de una industria siderúrgica colombiana. Se emplearon diversas técnicas de caracterización para establecer la naturaleza de los materiales producidos y se hizo seguimiento al desarrollo de propiedades mecánicas en los mismos, mediante pruebas de compresión. Por último, se utilizó el ensayo llamado procedimiento de lixiviación característica de toxicidad (TCLP, por sus siglas en inglés), a fin de evaluar la capacidad de encapsulamiento de metales pesados de los materiales geopoliméricos elaborados. Todos estos resultados, se compararon con una mezcla estándar de cemento portland y polvo de acería, a fin de reconocer diferencias entre los nuevos materiales geopoliméricos obtenidos y encapsulamiento tradicional del polvo de acería (EAFD) en el cemento. De esta forma, se buscó evaluar la movilidad de estos contaminantes dentro de la estructura del geopolímero y establecer la capacidad que tienen estos materiales de encapsular residuos peligrosos en su matriz, con el objeto de lograr disminuir o mitigar, el impacto que los EAFD ocasionan al medio ambiente.Item Desarrollo de películas multicapas de fto/cubi2o4/tio2/ wxmo1-xs2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua(Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Córdoba Tuta, Elcy María; Acevedo Peña, PrósperoLa actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uvvis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal onoff, cronoamperometría onoff e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de 0,07 a 0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a 0,25 mA/cm2. El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1xS2, a que cataliza la reducción del aguaItem Fabricación de un reactor para la síntesis de películas delgadas de kesterita aplicadas en celdas solares(Universidad Industrial de Santander, 2020) Rondón Almeyda, Carlos Eduardo; Botero Londoño, Monica Andrea; Ospina Ospina, RogelioActualmente, existe interés en celdas solares de película delgada con capa absorbente tipo Kesterita (Cu2ZnSnS4) o tipo Perovskita. La síntesis de películas de Kesterita por evaporación ha alcanzado eficiencias a nivel de laboratorio del 11.6%, mientras que la de Perovskitas ha logrado superar las eficiencias de las celdas de silicio, aunque estos son buenos resultados, realizar un diseño apropiado tanto de la cámara de evaporación como de la distribución de los electrodos puede permitir obtener mejores resultados, debido al mejor control de los parámetros de síntesis. En este proyecto se presenta el diseño y la fabricación de una cámara de evaporación que pueda lograr un vacío de 10-5 mbar, aumentar la superficie de deposición y evitar la evaporación de cada precursor en una etapa no correspondiente, además de esto se analizó la aplicación de un electro común en el proceso de evaporación por etapas. Estos objetivos fueron estudiados mediante análisis por elementos finitos, utilizando el software Comsol multiphysics R. (producto licenciado), donde se determinó la aplicación de un electrodo común en el proceso de evaporación con base en la síntesis de perovskitas y la distribución adecuada de los precursores metálicos (zinc, cobre y estaño) para sintetizar películas de Kesterita manteniendo la secuencia de evaporación Cu-Sn-Zn. Posteriormente se analizó la distribución de esfuerzos en la cámara de evaporación diseñada mediante la física de mecánica de sólidos. Por último, se construyó la cámara de evaporación y se sintetizaron películas de Cu, Cu-Sn y Cu-Sn-Zn-S y caracterizadas mediante XPS con la intensión de corroborar que los estudios realizados y establecer que la cámara permite obtener síntesis de películas delgadas Kesterita mediante evaporación por etapas.Item Fabricación de andamios c/sic a partir de sacarosa y sílice, con resistencia mecánica y propiedades estructurales comparables con las del hueso trabecular(Universidad Industrial de Santander, 2020) Bayona Becerra, Mayra Alejandra; Güiza Argüello, Viviana Raquel; Córdoba Tuta, Elcy MaríaLos andamios o scaffolds (por su nombre en inglés) son biomateriales cuya función principal es promover y mantener la regeneración de un tejido particular, con el fin de corregir un defecto causado por enfermedad o lesión. Idealmente, los andamios deberían proporcionar una plataforma tridimensional que posea propiedades morfológicas, mecánicas y bioquímicas apropiadas para apoyar el crecimiento normal de nuevo tejido. Los materiales porosos de carburo de silicio (SiC) han llamado la atención para aplicaciones biomédicas, debido a su hemocompatibilidad, así como su resistencia química y mecánica. Comúnmente, las espumas de SiC se fabrican a partir de polisiloxano, polvos de SiC y resinas fenólicas, las cuales pueden ser costosas o altamente tóxicas para el medio ambiente. El presente trabajo de investigación apuntó al desarrollo de un método de bajo costo para la fabricación de andamios C/SiC altamente porosos, a partir de la técnica de réplica en plantilla, utilizando espumas poliméricas comerciales como plantillas de sacrificio. Se usó una resina de sacarosa como precursor de carbono, la cual fue combinada con sílice o un polímero precerámico de Si, los cuales actuaron como precursores de este elemento. Las plantillas poliméricas se impregnaron con la resina final precursora, seguido de un tratamiento térmico bajo atmósfera inerte. Se evaluaron varios parámetros de síntesis, como la composición de la resina precursora, el tratamiento térmico y la porosidad de la plantilla de sacrificio, en términos de su efecto sobre la morfología, composición y resistencia mecánica de los andamios C/SiC resultantes. Estos andamios sintetizados exhibieron una estructura altamente porosa e interconectada, que contenía hasta un 90 % de SiC, con una resistencia mecánica a la compresión entre 0,01-0,03 MPa. La metodología empleada aquí permitió la fabricación de andamios cerámicos con una concentración variada de SiC, al tiempo que se utilizaron fuentes renovables de bajo costo como el azúcar de mesa, proporcionando además una alternativa de reciclaje para espumas poliméricas comerciales.Item Desarrollo de recubrimientos híbridos multicapa barrera-biovidrio base TEOS-GPTMS con adición de calcio como elemento modificador de red sobre el acero inoxidable AISI 316l(Universidad Industrial de Santander, 2018) Rondon Rincon, Eyvind Andres; Viejo Abrante, Fernando; Coy Echeverría, Ana EmilseEn el presente estudio se realizó la síntesis de recubrimientos híbridos multicapa barrerabiovidrio por el método sol gel sobre el acero inoxidable AISI 316L de potencial aplicación en el diseño de implantes ortopédicos. La síntesis se realizó a partir de una mezcla del precursor inorgánico, TEOS, y orgánico, GPTMS, empleando etanol como solvente y ácido acético/ácido nítrico como catalizador/estabilizante. Se prepararon soles SB a partir de condiciones estudiadas previamente para el diseño de recubrimientos barrera frente al proceso de corrosión, denominados recubrimientos SB, tratados térmicamente a diferentes condiciones de tiempo y temperatura. Posteriormente, sobre los recubrimientos SB se depositaron películas de biovidrio con contenido en calcio en diferentes concentraciones molares para el diseño de recubrimientos multicapa barrera-biovidrio, llamados recubrimientos SB-SBCa. Los resultados del presente trabajo permitieron observar que, a medida que las condiciones de tratamiento térmico incrementaban, los recubrimientos SB mostraban mejor resistencia a la corrosión del acero, reduciendo la densidad de corriente de corrosión entre uno y dos órdenes de magnitud y conservando sus propiedades protectoras con el tiempo. Por otro lado, la presencia de calcio como modificado de red en la red híbrida del recubrimiento, permitió observar la presencia de fosfatos de calcio en la superficie de la película SBCa después del ensayo inmersión en PBS (Phosphate Buffered Saline), mostrando en los recubrimientos la habilidad para formar apatitas sobre su superficie.Item Estudio de la actividad bactericida y antibacteriana de ladrillos recubiertos con zeolitas de alta relación si/al con plata intercambiada(Universidad Industrial de Santander, 2018) Garnica Ruiz, Cristian Camilo; Henao Martinez, Jose Antonio; Quintana Mendoza, Jose HernandoPreservar el agua, optimizar los procesos de potabilización y suministrar este recurso a todas las personas se han convertido en los principales objetivos a conseguir por diversos científicos de diversas áreas de ciencias e ingenierías alrededor del mundo. El Grupo de Investigación en Química Estructural (GIQUE) adscrito a la escuela de Química, para aportar a la solución de esta problemática, propuso el desarrollo de nuevos materiales base arcilla recubiertos de zeolitas de alta relación molar Si/Al intercambiada con plata, los cuales presentan actividad inhibitoria y bactericida frente a cepas de E.coli. y S. aureus. Los cuales podrían emplearse en la construcción de las diferentes piscinas o tanques de almacenamiento de agua tratada en acueductos municipales, evitando la contaminación de estas; si se proyecta la aplicación de estos materiales, se podrían emplear en la construcción de las infraestructuras de acueductos y sistemas de distribución de agua, en la construcción de edificios con riesgo a contaminación microbiológica como hospitales, laboratorios biológicos, lugares donde se sacrifiquen animales de granja para su comercialización, camposantos donde se depositan restos mortales, entre otros. Se estableció las mejores condiciones de síntesis hidrotérmica alcalina para la formación de zeolitas tipo NaP y faujasita de alta relación molar, se logro logró inclusión del ion plata en las zeolitas sintetizadas NaP y Faujasita presentando mejor estabilidad estructural luego del proceso de calcinación la zeolita NaP de relación molar Si/Al 3,44; se logró caracterizar todos los productos finales e intermedios sintetizados y se determinó la CMI y CMB del material recubierto con zeolita-Ag+ sintetizado; con estos resultados se propondrá a la cantera de arcilla LADRILLOS Y TUBOS Ltda. Realizar un ensayo industrial en su proceso de producción, para obtener material y poder realizar diferentes pruebas, además de permitir ir estudiando las condiciones óptimas para la producción en los hornos empleados.Item Study of the materials belonging to the system la4bacu5-xmxo13+/-o(m:co, mn) with potential application as electrode on solid oxide fuel cells (sofc)(Universidad Industrial de Santander, 2018) Duran Amaya, Silvia Alejandra; Gauthier, Gilles Henri; Suescun, LeopoldoLas perovskitas derivadas de La4BaCu5-xMxO13± (M: Co, Mn) fueron sintetizadas por el método sol-gel. Dos de los compuestos de la serie La4BaCu5-xCoxO13± (x=2 y 5) y uno de La4BaCu5-xMnxO13± (x=5) fueron estudiados estudiadas como materiales de electrodo para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). Los compuestos de Co no son estables en hidrogeno, al contrario de la manganita La4BaMn5O13± (LBMn). Además, de manera similar a lo que sucede con otras cobaltitas, esos materiales presentan valores de coeficientes de expansión térmica (CET) que no son compatibles con los valores de CET del electrolito de estudio BCZY, al contrario de la manganita LBMn. El estudio termogravimétrico y DRXHT permitió confirmar la no estequiometría presente en esos materiales, además que la manganita presenta un comportamiento reversible al someterse a un ciclo redox a alta temperatura. Ambas series presentan altas conductividades eléctricas: LBCuCo2 con un valor máximo de conductividad en aire de 780 S cm-1 (460 °C) mientras que LBMn reporta 178 y 33.3 S cm-1, en aire e hidrogeno a 800 °C, respectivamente. Las propiedades electroquímicas de las cobaltitas, LBCu (La4BaCu5O13±) y LBMn fueron investigadas por EIS en atmosfera oxidante, observando la influencia de la temperatura de sinterización (serie cobalto). De manera general, para una temperatura de sinterización a 950 °C se identifican etapas de adsorción y de transferencia de carga e incorporación iónica al electrodo como procesos limitantes, mientras que, para una temperatura de sinterización de 1000 °C, se identifica la difusión gaseosa dentro de los poros del electrodo como el transporte de O2- en la interfaz electrodo/electrolito. De las cobaltitas, LBCo presenta la más baja resistencia de polarización a 1000 °C. En el caso de LBMn, los valores fueron mayores, con un posible mejoramiento a futuro, al aumentar la temperatura de sinterización. 1Item Análisis fisicoquímico y bioquímico de recubrimientos compuestos de hidroxiapatita reforzados con nanotubos de carbono depositados sobre Ti6AI4V(Universidad Industrial de Santander, 2018) Sierra Herrera, Diana Katherynne; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Montañez Supelano, Nerly DeyaniraSe estudió el efecto de la variación de los parámetros experimentales en la síntesis de recubrimientos de hidroxiapatita reforzada con nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) sobre Ti6Al4V obtenidos mediante electrodeposición pulsada. El análisis fisicoquímico se realizó mediante difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica de barrido (MEB). Se estudió la estabilidad electroquímica de los recubrimientos en presencia de medio de cultivo celular, mediante la medición de potencial de circuito abierto (OCP), espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y curvas de polarización potenciodinámicas (LSV). Se estudió el potencial citotóxico de las muestras aplicando el método colorimétrico (MTT), la adhesión celular mediante microscopía de epifluorescencia y la actividad celular realizando mediciones de producción de fosfatasa alcalina (ALP). Los análisis obtenidos por DRX y FTIR confirmaron la presencia de hidroxiapatita (HAP), mediante el análisis de las imágenes obtenidas por MEB se pudo comprobar la incorporación de los MWCNT en la matriz del recubrimiento. Las variaciones en las condiciones de electrodeposición pulsada influyen en la homogeneidad del recubrimiento, presentando una morfología en forma de agujas. Los resultados electroquímicos mostraron una mayor estabilidad termodinámica en las pruebas de OCP para las muestras recubiertas, además existe una relación entre la incorporación de MWCNT con la resistividad del recubrimiento reflejado en las pruebas EIS Y LVS. El ensayo de MTT confirma que las muestras presentan una viabilidad celular mayor al 87%. No obstante, los resultados de adhesión celular y medición de ALP revelaron una marcada inhibición en la adhesión y proliferación de células de osteoblastos HOS sobre las muestras recubiertas. _Item Desarrollo de andamios de carbón vitreo reticulado de celda poliédrica a partir de sacarosa para aplicaciones en ingeniería de tejido óseo(Universidad Industrial de Santander, 2018) Teran Acuãa, Natalia; Cordoba Tuta, Elcy Maria; Guiza Arguello, Viviana RaquelEn el presente trabajo se fabricaron espumas de carbón vítreo reticulado (CVR) de celda poliédrica, las cuales eventualmente podrían integrarse a un sistema compuesto para regeneración del tejido óseo debido a su bio-compatibilidad, que fue demostrada a través de ensayos de viabilidad celular, adhesión celular y citotoxicidad. Su elaboración consistió en la preparación de resinas de sacarosa y HNO3, las cuales, tras ser impregnadas sobre esponjas poliméricas, se sometieron a procesos de curado y carbonización. Se estudió la influencia de la concentración de HNO3, la concentración de sacarosa, el tratamiento térmico y el tipo de plantilla sobre las propiedades morfológicas y mecánicas de las espumas CVR sintetizadas. Los resultados mostraron que concentraciones de HNO3 superiores a 2x10-3 N generan un efecto de espumado en la resina, que ocasiona deformaciones en la estructura de las CVR y disminuyen su resistencia a la compresión. La concentración de sacarosa, el tiempo y la velocidad de calentamiento durante la carbonización no representaron compromisos estructurales ni mecánicos en las espumas CVR, mientras que el aumento en la temperatura de pirólisis provocó un incremento de alrededor de 40% en sus propiedades mecánicas. El estudio sistemático de las variables mencionadas y la utilización de diferentes tipos de plantillas permitió establecer las condiciones para fabricación de espumas CVR con una relación de características morfológicas y resistencias a la compresión ajustables, las cuales son cercanas a las de espumas CVR comerciales de referencia.Item Desarrollo de recubrimientos SOL-GEL base ZrO2 estabilizados con Y2O3 para la protección contra la oxidación húmeda a elevada temperatura del acero ferrítico p91(Universidad Industrial de Santander, 2018) Nieves Barrera, Claudia; Viejo Abrante, Fernando; Coy Echeverría, Ana EmilseEn el presente trabajo de investigación se sintetizaron recubrimientos cerámicos base ZrO2:Y2O3 vía sol-gel para la protección contra la oxidación húmeda a elevada temperatura del acero ferrítico P91. Para ello se sintetizaron soles base ZrO2 los cuales se monitorearon mediante ensayos reológicos, medidas de pH y espectroscopía infrarroja (FTIR) para diferentes tiempos de envejecimiento y porcentajes molares de Y2O3. Los recubrimientos se depositaron mediante dip-coating y fueron tratados térmicamente a 60ºC por 2h y 600ºC por 24h. La caracterización de los recubrimientos se realizó por difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido (MEB-EDX). La evaluación de la resistencia a la oxidación húmeda a elevada temperatura se realizó mediante ensayos gravimétricos a 600 y 800 ºC empleando un contenido de vapor de agua al 10% vol. por un tiempo de exposición de 100 h y los productos de oxidación fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido (MEB-EDX). Los resultados obtenidos mostraron que es posible obtener soles con gran estabilidad a lo largo del tiempo de envejecimiento, sin embargo, la adición del Y2O3 al sistema genera un ligero incremento de la viscosidad de los soles afectando en cierto grado su estabilidad. Por otro lado, su adición en los recubrimientos favorece la estabilidad de la fase tetragonal de ZrO2 pero incrementa el grado de amorficidad de la red cristalina. Con respecto a la protección de los recubrimientos sintetizados, estos presentan un excelente desempeño ante el medio oxidante empleado, para las dos temperaturas evaluadas. Adicionalmente, presentan la capacidad de retener parcialmente (a 800°C) las propiedades mecánicas del material base, indicando que pueden actuar como barreras térmicas, comportamiento que se hace más notable con la presencia de itrio en el recubrimiento.Item Caracterización de la acidez de y-alumina y su interacción con ni y mo mediante resonancia magnética nuclear(Universidad Industrial de Santander, 2017) Garcia Castillo, Yady Senayda; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Guzmán Monsalve, AlexanderEn los procesos de refinación de crudo como hidrocraqueo e hidrotrata-miento se emplea catálisis heterogénea donde la gamma alúmina sirve como soporte de fases de óxidos metálicos de molibdeno y níquel, el desempeño catalítico de estos catali-zadores está determinado por la estructura y propiedades ácidas. Fueron sintetizados ca-talizadores a partir de dos precursores de alúmina, boehmita y pseudoboehmita. Se analizó el cambio estructural y el efecto en la acidez generados por la impregnación de cada fase metálica utilizando los experimentos de RMN MAS, eco de espín y 3Q. Posteriormente se adsorbió en la superficie de los catalizadores el óxido de trifenilfosfina a diferentes tempe-raturas y se midió el experimento de RMN CP 31P para determinar la fuerza ácida de los sitios ácidos de Brönsted y Lewis. El protocolo implementado permitió estudiar los cambios estructurales generados por la impregnación de las fases metálicas y la acidez de los cata-lizadores. Se observó que el óxido de molibdeno aumenta la distorsión de los entornos del aluminio mientras que el óxido de níquel la disminuye. Se determinó que los catalizadores sintetizados a partir de Pseudoboehmita tienen mejores propiedades ácidas, comparados con los preparados a partir de Boehmita. También, se observó que a medida que aumen-taba la temperatura de adsorción de la trifenilfostina esta ocupó los sitios ácidos de fuerza acida media y baja, preferencialmente.Item Estimación mediante la técnica de ultrasonido con arreglo de fases del tamaño de discontinuidades planares inducidas artificialmente(Universidad Industrial de Santander, 2017) Galan Pinilla, Carlos Andres; Herrera Ortiz, Julian Orlando; Quintero Ortiz, Luz AmparoLos componentes metálicos durante su fabricación y servicio están expuestos a variados esfuerzos y daños derivados de los procesos de fabricación, ambientes agresivos y/o cargas mecánicas. Dentro de las discontinuidades que se pueden producir están las planares, tales como las faltas de fusión, las laminaciones y las grietas, stress corrosion cracking, entre otras, con gran probabilidad de concentrar esfuerzos y ocasionar una falla. En este sentido, la identificación oportuna se realiza mediante Ensayos No Destructivos, destacándose la técnica avanzada de inspección por ultrasonido por arreglo de fases PAUT, la cual ofrece información detallada de la discontinuidad con representaciones gráficas en tiempo real de los defectos y facilidad de controlar los parámetros, tales como la amplia variedad de ángulos de refracción y la modificación de la apertura activa del haz. Pese a esto, no existen procedimientos establecidos para seleccionar los parámetros de PAUT y de esta forma tener exactitud en la detección de discontinuidades, siendo necesaria investigación al respecto. Ahora, debido a las limitaciones reportadas de la técnica para estimar de manera exacta el tamaño real de las discontinuidades cuando cambian sus características geométricas como la inclinación, el tamaño y la morfología, se diseñaron ocho muestras con discontinuidades mecanizadas y una muestra soldada con falta de penetración para estudiar el efecto en el dimensionamiento mediante PAUT. Los resultados obtenidos permitieron concluir que la profundidad de focalización afecta significativamente el dimensionamiento de las discontinuidades, obteniendo menores porcentajes de error para focalización del haz ultrasónico al final del campo cercano o sin focalizar, presentando comportamientos diferentes para las ondas longitudinales y transversales. Con este trabajo se contribuye en la investigación y caracterización de materiales mediante PAUT para el dimensionamiento exacto de discontinuidades mediante esta técnica, puesto que aún no existen condiciones de operación óptimas para esta técnica.Item Evaluación de las propiedades fotoelectroquímicas de los calcogenuros ag3zs3 y agzs2 con z=sb, as y bi como fotoelectrodos en la conversión de energía solar(Universidad Industrial de Santander, 2017) Renteria Rincon, Isaias Andres; Melendez Reyes, Angel Manuel; Miranda Mercado, David AlejandroSe sintetizaron los calcogenuros Ag,ZS, y AgZS, con Z = Sb, As y Bi, por un método de estado sólido a partir de sus elementos precursores, la composición y las fases esperadas fueron confirmadas por difracción de rayos X (DRX) y FESEM-EDS para los calcogenuros AgзASS, Ag₂SbS, AgAsS₂ y AgSbS2. En el caso de los sulfobismuturos Ag,BiS, y AgBiS, se obtuvieron mezclas de sólidos cristalinos. Con el objetivo de evaluar la utilización de los calcogenuros como materiales de electrodo para los procesos de reducción fotoelectroquímica de CO₂ y producción fotoelectroquímica de hidrógeno, se realizó una combinación de mediciones fotoelectroquímicas y espectroscopia UV-Vis. Todos los materiales muestran semiconductividad tipo p y un band gap de alrededor de 2.0 eV. Se determinó el potencial de banda plana (E) mediante tres diferentes técnicas: fotopotencial de circuito abierto, mediciones de inicio de fotocorriente y análisis de Mott-Schottky. Los valores de potencial de banda plana determinados mediante mediciones de inicio de fotocorriente y potencial de circuito abierto muestran una buena concordancia. Los niveles de los bordes de las bandas de valencia y conducción respecto a los potenciales de reducción de CO₂ y H* indican que todos los materiales estudiados pueden ser usados como fotocátodos en la conversión de energía solar. La evaluación de la estabilidad fotoquímica y fotoelectroquímica muestra que los calcogenuros Ag,AsS, y Ag₂SbS, son los materiales de electrodo más promisorios para ser usados en la conversión de energía solar.Item Diseño, síntesis y aplicación de puntos cuánticos (qd, quantum dots) bioconjugados : su unión a moléculas de interés biológico(Universidad Industrial de Santander, 2016) Martinez Bonilla, Carlos Andres; Kouznetsov, Vladimir ValentinovichEl desarrollo nanotecnológico de nuevos materiales envuelve el descubrimiento o diseño de materiales a escala nanométrica con propiedades físicas y químicas que puedan ser fácilmente controladas. Este control permite que dichas propiedades sean modificadas en función de la aplicación. Uno de los ejemplos más apropiados de nanopartículas (NPs) con este propósito son los puntos cuánticos o quantum dots (QDs), un tipo de nanocristal semiconductor fluorescente que tiene la posibilidad, debido a su propiedades ópticas y electrónicas únicas, de ser usado en numerosas aplicaciones tecnológicas en áreas como la nanomedicina, biosensores, procesos fotovoltaicos, patología molecular y administración de fármacos. En la presente investigación se reportan el diseño, síntesis y aplicación de QDs bioconjugados con cuatro componentes principales de aceites esenciales como carvacrol, geraniol, eugenol y resorcinol. El diseño de la estructura de los QDs fue realizado analizando la composición, tipo de ligando, y tipo de capa. El método de síntesis acuosa coloidal (ACS) fue seleccionado como el método más apropiado para la síntesis de QDs compuestos de CdTe/ZnS-TGA. Los QDs sintetizados fueron caracterizados por IR, RMN, UV-vis, DLS y DRX, mostrando eficiencias cuánticas entre 15 y 69 %, con tamaños entre 2.51 y 4.32 nm, y una monocapa de ZnS de 0.38 nm de grosor. La bioconjugación fue realizada utilizando la química de las carbodiimidas y confirmada por experimentos DOSY. Además, una ruta alternativa para la síntesis directa de QDs bioconjugados fue diseñada y desarrollada usando las sales de Bunte como sustitutos de ligandos tipo tiol. Dos aplicaciones basadas en los QDs preparados fueron desarrolladas, la primera es la sensibilización de nanotubos de TiO2 transparentes, y la segunda fabricación de un biosensor basado en el bioconjugado de nanotubos de TiO2/QDs/ácido fólico para la detección de células cancerígenasItem Diseño de recubrimientos sol-gel híbridos multicapa base teos-gptms sobre la aleación de magnesio ze41 de potencial aplicación en la fabricación de implantes ortopédicos(Universidad Industrial de Santander, 2016) Rueda Reyes, Laura Marcela; Coy Echeverría, Ana Emilse; Viejo Abrante, FernandoEn el presente estudio se depositaron recubrimientos híbridos vía sol-gel sobre la aleación de magnesio ZE41 de potencial aplicación como biomaterial en el diseño de implantes ortopédicos de uso temporal. Los soles se sintetizaron a partir de los precursores tetraetoxisilano (TEOS) y glicidiltrimetoxisilano (GPTMS) empleando etanol como solvente y ácido acético diluido catalizador. Se sintetizaron soles barrera (SB) cuya función fue proteger a la aleación frente al proceso de corrosión y soles dopados (SD) empleando nitrato de calcio y nitrato de magnesio, en diferentes concentraciones, con el fin de favorecer la bioactividad del sistema. Los soles fueron depositados en multicapa empleando la técnica dip-coating; de manera que, bajo las mejores condiciones del recubrimiento barrera, se depositaron los recubrimientos dopados. Para la caracterización de los soles se empleó espectroscopía IR y medidas de viscosidad y pH para diferentes tiempos de envejecimiento. Por otra parte, la caracterización de los recubrimientos se realizó por microscopía electrónica de barrido (SEM), ángulo de contacto y espectroscopía infrarroja de reflectancia atenuada (ATR); mientras que, la evaluación de la resistencia a la corrosión se realizó mediante ensayos de polarización anódica potenciodinámica y espectroscopía de impedancia electroquímica en solución SBF a 37± 2 °C. Los resultados del presente trabajo confirmaron que, la concentración de ácido acético juega un papel importante en la síntesis sol-gel, debido a su efecto complejante, lo que permite incrementar la estabilidad de los soles. Sin embargo, fue necesario realizar un pretratamiento a las muestras en HF para evitar su corrosión al contacto con el sol. De esta manera, bajo adecuadas condiciones de síntesis, fue posible obtener recubrimientos multicapa barrera-dopado que incrementaron en más de 2 órdenes de magnitud la resistencia a la corrosión del material base y además favorecieron la precipitación de fosfatos cálcicos en la superficie del recubrimiento tras inmersión en solución SBF.Item Nanotubos de tio2 modificados con n y f mediante vapor térmico y con orientación de los cristales de anatasa para su aplicación en la oxidación fotoelectrocatalítica de cianuro(Universidad Industrial de Santander, 2016) Sierra Uribe, Jhon Harrison; Cordoba Tuta, Elcy Maria; Acevedo Peña, PrósperoPelículas de nanotubos de TiO2 con diferentes grados de orientación, se obtuvieron por anodizado potenciostático en un electrolito de etilenglicol con 0,05M NH4F y 1% vol. de agua; a través de la implementación de tres estrategias, tales como variación del método de cristalización, modificación de la rampa de calentamiento durante el tratamiento térmico y electro-reducción pulsada del óxido. Las películas anodizadas de cada estrategia se trataron térmicamente a 450ºC durante 30 minutos. Según la estrategia se estudió el impacto de la orientación del cristal de anatasa sobre las propiedades morfológicas, estructurales y ópticas, a través de mediciones de SEM, DRX y DRS. Las propiedades electroquímicas de las películas se estudiaron a través de mediciones de potencial a circuito abierto, cronoamperometría e impedancia electroquímica. Mientras las propiedades semiconductoras fueron establecidas a través del comportamiento Mott-Schottky. Finalmente se evaluó el comportamiento fotoelectrocatalítico en la decoloración de naranja de metilo y cianuro para las dos primeras estrategias; mientras que en la última solo se hizo seguimiento de la decoloración de naranja de metilo. Para todas las estrategias empleadas en la presente investigación se mejoró la orientación del cristal de anatasa para el plano (004), obteniéndose morfologías y propiedades ópticas similares. Además, se observó que cada método de orientación impacta las respuestas de fotocorriente de forma distinta. Se evidenció el mejoramiento en el transporte del electrón con el incremento en el grado de orientación del cristal de anatasa para la segunda etapa, lo que favorece la degradación del colorante naranja de metilo. Mientras que esta propiedad decrece para las otras dos estrategias, método de cristalización y electro-reducción, lo que disminuye la decoloración del naranja del metilo. Adicionalmente, se estableció que la degradación de cianuro no es impactada por el grado de orientaciónItem Diseño de un procedimiento de fabricación del revestimiento refractario para adaptar el método de gemas pre-engastadas a las esmeraldas Colombianas(Universidad Industrial de Santander, 2016) Londoño Montes, Carlina Margarita Sofia; Cordoba Tuta, Elcy Maria; Alonso Baquero, ArnaldoSe diseñaron mezclas refractarias para la fabricación de revestimientos de microfundición de joyería para la implementación del método de pre-engaste de esmeraldas, estableciendo como límite para la temperatura de tratamiento térmico 325°C, temperatura a la que la gema pierde sus propiedades valiosas. Se partió de la caracterización elemental (fluorescencia de rayos X) y de fases (difracción de rayos X),y por análisis térmico integral (TG-DSC-DT) del revestimiento comercial Diamante Kerr ®, el cual es fabricado con un tratamiento térmico que llega a 600°C. Posteriormente, se realizó la evaluación de su comportamiento termomecánico(resistencia a la compresión, resistencia al choque térmico, conductividad térmica), para establecer las condiciones de óptimo desempeño de un revestimiento para microfundición, en relación al ciclo de tratamiento térmico que permite obtener estas propiedades, por acción de los procesos de deshidratación, descomposición térmica y transformaciones polimórficas que ocurren durante el calentamiento. Al encontrar que el revestimiento comercial se componía de una mezcla refractario/yeso/agua y, basados en la caracterización elemental, cristalina y térmica del yeso y los refractarios magnesita sin calcinar, magnesita calcinada, chamota, mullita, sílice natural y sílice calcinada, se evaluaron diversas proporciones refractario/yeso y agua/polvo, que permitieron seleccionar las mezclas con las propiedades aptas para la fabricación de revestimientos para microfundición. Igualmente, se llevó a cabo una simulación con el software Solid Cast ® que permitió establecer la influencia de la mezcla de revestimiento sobre el llenado del molde y los perfiles de temperatura desarrollados por la aleación una vez ha sido colada. Finalmente, la implementación en un proceso de microfundición con pre-engaste de esmeraldas de las mezclas pre-seleccionadas, permitió establecer que la mezcla mullita/yeso 75/25 con 50 mililitros de agua es la más viable técnicamente para el desarrollo del método con pre-engaste de esmeraldas. 1