Study of modal coupling in tapered optical fibers

LUIS ALEJANDRO HERRERA PIAD (2019, [Tesis de doctorado])

La comunicación por fibra óptica es una forma de transmitir información mediante el envío de pulsos de luz a través de una fibra óptica. Desarrollados por primera vez en la década de los 70s, los sistemas de comunicación de fibra óptica han revolucionado la industria debido a sus ventajas sobre la transmisión eléctrica. Las tecnologías de telecomunicaciones y láseres se han relacionado recientemente con fibras de pocos modos, de área modal grande y multimodo. Más específicamente, se han propuesto linternas fotónicas, combinadores de fuentes y fibras multimodo para láseres de alta potencia y comunicaciones. Otro dispositivo que se usa frecuentemente en los láseres, sensores y otras sistemas de comunicaciones es la fibra óptica cónica o estrechada. Fue necesario maximizar la potencia óptica recolectada en una guía de onda desde el campo de difracción de un láser semiconductor; por lo tanto, la técnica de mapeo permitió la remodelación del campo capturado en el modo fundamental de la guía de onda de salida. Además, los sensores de fibra estrechada son capaces de medir diversas variables como índice de refracción, tensión, campo magnético, temperatura y señales acústicas. En comparación con las estructuras de fibra convencionales, las fibras ópticas estrechadas pueden proporcionar una serie de características útiles como un gran campo evanescente, capacidad de confinamiento, diámetro a pequeña escala y generación de supercontinuo, entre muchas otras. En este trabajo se propone una investigación sobre la interacción modal en fibras ópticas estrechadas para observar este dispositivo bajo diversos cambios físicos con el objetivo de proponer la geometría óptima que se implementará en las aplicaciones de detección y láseres de nuestro laboratorio.

CIS- Doctorado en Ingeniería Eléctrica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Fibra óptica Óptica Física Tapered optical fibers Modal coupling

Síntesis y caracterización de SnO2 macroporoso usando microesferas de polimetilmetacrilato

JOSE LUIS MENDOZA CASTELLANOS (2022, [Tesis de doctorado])

En el presente trabajo de tesis se obtuvieron recubrimientos

macroporosos de dióxido de estaño (SnO2) y dopado con Flúor (SnO2:F) por el

método “Doctor Blade”. Como sal precursora se utilizó Tetracloruro de estaño

pentahidratado (SnCl4-5H2O) y como dopante Fluoruro de amonio (NH4F). Las

esferas de Polimetilmetacrilato (PMMA) obtenidas mediante polimerización por

emulsión se utilizaron como platilla para obtener el material macroporoso de

SnO2 y SnO2:F. Los métodos de secado usados después del depósito de los

recubrimientos fueron de gran importancia y cruciales para evitar la formación

de imperfecciones y grietas en los recubrimientos, se propusieron dos: un

secado en un sistema cerrado (SC) y un sistema abierto (SA). Ambos procesos

de secado fueron seguidos de tratamientos térmicos para eliminar la plantilla de

PMMA. Por último, se midió la resistencia eléctrica en aire de los materiales,

obteniendo 40,855 y 5,921 Ω para el SnO2 y SnO2:F, respectivamente. Los

materiales obtenidos muestran una ligera sensibilidad al exponerse a 500 ppm

de CO lo que los hace candidatos para el sensado de este gas y algunos otros.

SÍNTESIS SnO2 CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA QUÍMICA FÍSICA OTRAS OTRAS

Síntesis de sistema Cturbo/ZnO/CuO con aplicación en degradación de colorante por fotocatálisis

Jose Manuel Riega Medina (2022, [Tesis de maestría])

La contaminación del agua por compuestos orgánicos tóxicos es un problema

que ha sido estudiado y abordado de diferentes formas. Para dar una solución a

esta problemática, se han propuestos diversos métodos y mecanismos de descontaminación.

Dentro de estos, la fotocatálisis heterogénea se presenta como una

solución amigable con el medio ambiente y de bajo costo energético. Por otro lado,

la síntesis de alótropos del carbono con fotocatalizadores, ha demostrado mejorar

la actividad de estos para fotodegradar compuestos orgánicos. Adicionalmente, el

ordenamiento turboestrático del carbono, compuesto de grafeno y grafito exfoliado,

se presenta como un material promisorio ya que tiene propiedades muy parecidas

al grafeno de pocas capas [1].

En la presente tesis se sintetizó el carbono turboestrático (Cturbo) por una variante

del método dry ice. La caracterización por Difracción de Rayos X (DRX) y espectroscopía

Raman, mostró la estructura del carbono y los defectos presentes en la red

grafítica. Con la Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Microscopía Electrónica

de Transmisión (MET) se observó el apilamiento turboestrático del carbono junto

con planos de grafeno y grafito exfoliado. Las propiedades texturales mostraron que

el Cturbo es un material mesoporoso con un área superficial de 634 m2/g. La prueba

de adsorción del Anaranjado de Metilo (AM) en el Cturbo determinó que el modelo

de Freundlich es el que mejor describe el tipo de adsorción entre estos. El sistema

Cturbo/ZnO/CuO se sintetizó por los métodos de calcinación y coprecipitado. La

caracterización por DRX mostró las tres fases presentes. El área superficial del sistema

aumenta con el aumento de la cantidad de Cturbo presente. En la MEB y MET

se observó las partículas de ZnO y CuO dispersas sobre el Cturbo. El ancho de banda

prohibida del sistema disminuye con el aumento de Cturbo. Las pruebas de fotocatálisis

bajo radiación ultravioleta (UV), mostraron que el Cturbo, en el sistema, aumenta

la degradación del AM en comparación a cuando se realizó la prueba solo con los

óxidos.

Este estudio presenta un nuevo método para sintetizar el ordenamiento turboestrática

del carbono y una posible aplicación de este como sustrato para mejorar las

propiedades fotocatalíticas del ZnO y CuO.

Síntesis de materiales Contaminación CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA QUÍMICA FÍSICA OTRAS OTRAS

Stability of FeVO4-II under Pressure: A First-Principles Study

PRICILA BETBIRAI ROMERO VAZQUEZ SINHUE LOPEZ MORENO Daniel Errandonea (2022, [Artículo])

"In this work, we report first-principles calculations to study FeVO4 in the CrVO4-type (phase II) structure under pressure. Total-energy calculations were performed in order to analyze the structural parameters, the electronic, elastic, mechanical, and vibrational properties of FeVO4-II up to 9.6 GPa for the first time. We found a good agreement in the structural parameters with the experimental results available in the literature. The electronic structure analysis was complemented with results obtained from the Laplacian of the charge density at the bond critical points within the Quantum Theory of Atoms in Molecules methodology. Our findings from the elastic, mechanic, and vibrational properties were correlated to determine the elastic and dynamic stability of FeVO4-II under pressure. Calculations suggest that beyond the maximum pressure covered by our study, this phase could undergo a phase transition to a wolframite-type structure, such as in CrVO4 and InVO4."

FeVO4 under pressure CrVO4-type structure First-principles Mechanical properties Vibrational properties Electronic properties CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO CRISTALOGRAFÍA CRISTALOGRAFÍA

Mapas de densidad electrónica y cálculos de esféricos armónicos microestructurales en cerámicos de BaTiO3 obtenidos por spark plasma sintering

JESUS SALVADOR URIBE CHAVIRA (2023, [Tesis de doctorado])

Se realizaron moliendas de alta energía sobre polvos comerciales de BaTiO3 con una inicial coexistencia de fases ferroeléctricas (tetragonal, ortorrómbica y romboédrica). En los polvos sometidos al proceso de molienda, por medio de la microscopía electrónica de barrido y transmisión, se estudiaron los cambios en la composición química de los polvos por espectroscopía de rayos X de energía dispersiva, así como el estudio de la morfología de las partículas. A partir del patrón de difracción de rayos X, se realizó el refinamiento Rietveld para el estudio de los cambios estructurales y microestructurales producidos por la molienda como lo son: la densidad electrónica por el método de máxima entropía, la proporción de fases, cambios en los parámetros de red, variaciones en las coordenadas fraccionales de los átomos, el tamaño y forma promedio de cristalita y microtensiones por el método de esféricos armónicos manejado en la función Thompson-Cox-Hastings-pseudo-Voigt.

En los polvos se observó que no hubo un cambio sustancial en la composición química y que el tamaño de partícula se redujo. De igual manera, la fase tetragonal comenzó a predominar por encima de la fase ortorrómbica hasta alcanzar una proporción de fases de 9:1, los parámetros de red de ambas fases se incrementaron gradualmente, así como las microtensiones lo que indico que el tamaño de cristal se redujo y tendió a tomar una forma esférica. El incremento en los parámetros de red (variación de las coordenadas fraccionales atómicas) dio como resultado una disminución gradual de la densidad electrónica para todos los átomos. Los cambios antes mencionados sucedieron en función al tiempo de molienda.

Partiendo del polvo con 4 horas de molienda se sinterizaron pastillas por la técnica de sinterización asistida por plasma con una rampa de calentamiento de 100°C/min hasta una temperatura máxima de 1100°C con un esfuerzo axial aplicado durante todo el proceso de sinterización de 50 MPa y un vacío ≈ 2x100 Pa. La variable que se manipuló fueron los tiempos que se mantuvo la sinterización a temperatura máxima, los cuales, consistieron en 1, 3, 5 y 7 minutos. Una vez transcurrido el tiempo a temperatura máxima, se retiró de inmediato el esfuerzo axial y se apagó el suministro de energía. Las pastillas fueron sometidas a dos tratamientos térmicos: el primero de 1000°C durante 16 horas para la extracción del grafito difundido en el proceso de sinterización y el segundo de 1200°C durante 4 horas para inducir el cr

Densidad Electrónica Microestructuras BaTiO3 CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA QUÍMICA FÍSICA OTRAS OTRAS

Evaluación de la cinética de liberación de compuestos hidrofílicos y lipofílicos a partir de nanopartículas híbridas polímero-lípido

Evaluation of the release kinetics of hydrophilic and lipophilic compounds from polymer-lipid hybrid nanoparticles

Juan Pablo Carmona Almazán (2023, [Tesis de maestría])

En el tratamiento de enfermedades, la administración de dosis múltiples es una estrategia común para mantener la concentración de los fármacos dentro de un margen terapéutico. Sin embargo, la adherencia de los pacientes a este tipo de tratamiento puede ser un desafío, llevando a una administración irregular de dosis. Una alternativa utilizada para abordar este reto son las nanopartículas híbridas polímero/lípido(NPPLs), las cuales, con menos administraciones, tienen el potencial de alcanzar la dosis necesaria en el tratamiento, posibilitando entonces el incremento del apego al tratamiento. En nuestro proyecto, se llevó a cabo la síntesis de nanopartículas de ácido poli láctico-co-glicólico (PLGA) recubiertas de lecitina de soya, por medio de técnicas de nanoprecipitación y autoensamblaje. Además, integramos estas nanopartículas en una matriz polimérica a base de aerogeles de gelatina de manera que estuvieran distribuidas de manera homogénea y concentrada. Nuestro enfoque central radica en entender la cinética de liberación de un compuesto hidrofílico (ácido gálico) y uno lipofílico (quercetina) a partir de este sistema. Logramos sintetizar nanopartículas con un diámetro hidrodinámico de 100 ± 15 nm, 153 ± 33 y149±21 nm, en el caso de las nanopartículas vacías y cargadas con ácido gálico y cargadas con quercetina, respectivamente. La eficiencia de encapsulación del ácido gálico fue del 90 ± 5 % y de la quercetina fue del 70 ± 10 %. Los resultados que obtuvimos muestran que el ácido gálico sigue una cinética del modelo de Korsmeyer-Peppas, con un valor de n = 1.01 y la quercetina una cinética de primer orden. Dado que los compuestos encapsulados tuvieron una liberación más lenta con respecto a los compuestos libres en los aerogeles de gelatina, nuestro trabajo indica que el encapsulamiento en NPPLs de un compuesto bioactivo, independientemente de su naturaleza química, puede ayudar a retrasar su liberación y reducir el número de dosis administradas, en consecuencia, esto pudiera contribuir a incrementar el apego de un paciente al tratamiento.

In the treatment of diseases, the administration of multiple doses is a common strategy to maintain drug concentrations within a therapeutic range. However, patient adherence to this type of treatment can be challenging, resulting in irregular dosing. An alternative approach used to address this challenge involves polymer/lipid hybrid nanoparticles (NPPLs), which have the potential to achieve the necessary drug dose with fewer administrations, thereby increasing treatment adherence. In our project, we synthesized poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles coated with soy lecithin using nanoprecipitation and self-assembly techniques. These nanoparticles were then integrated into a polymer matrix based on gelatin aerogels to ensure homogeneous and concentrated distribution. Our main focus was to understand the release kinetics of a hydrophilic compound (gallic acid) and a lipophilic one (quercetin) from this system. We successfully synthesized nanoparticles with a hydrodynamic diameter of 100 ± 15 nm, 153 ± 33 nm, and 149 ± 21 nm for empty nanoparticles, gallic acid-loaded, and quercetin-loaded nanoparticles, respectively. The encapsulation efficiency was 90 ± 5 % for gallic acid and 70 ± 10 % for quercetin. The results we obtained indicate that gallic acid follows Korsmeyer-Peppas kinetics with a value of n = 1.01, while quercetin exhibits first-order kinetics. Since the encapsulated compounds showed slower release compared to free compounds in gelatin aerogels, our work suggests that encapsulation in NPPLs with a bioactive compound, regardless of its chemical nature, can help delay its release and reduce the number of doses administered. Consequently, this could contribute to improve patient treatment adherence.

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Non-autonomous Ginzburg-Landau solitons using the He-Li mapping method

MAXIMINO PEREZ MALDONADO Haret Codratian Rosu ELIZABETH FLORES GARDUÑO (2022, [Artículo])

"We find and discuss the non-autonomous soliton solutions in the case of variable nonlinearity and dispersion implied by the Ginzburg-Landau equation with variable coefficients. In this work we obtain non-autonomous Ginzburg-Landau solitons from the standard autonomous Ginzburg-Landau soliton solutions using a simplified version of the He-Li mapping. We find soliton pulses of both arbitrary and fixed amplitudes in terms of a function constrained by a single condition involving the nonlinearity and the dispersion of the medium. This is important because it can be used as a tool for the parametric manipulation of these non-autonomous solitons. "

Nonlinear Ginzburg-Landau Equation Non-Autonomous Solitons CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA FÍSICA

Desarrollo de Recubrimientos Anticorrosivos para un Acero de Bajo Carbono a Base de una Resina Epóxica y Óxido de Grafeno, Funcionalizado con 3-aminopropiltrietoxisilano

MONICA AIMEE CENICEROS REYES (2022, [Tesis de doctorado])

En el presente trabajo se desarrollaron recubrimientos nanoestructurados a base de resinas epóxicas y óxido de grafeno funcionalizado (fGO) con el agente de acoplamiento de tipo silano 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) a diferentes concentraciones (0.01, 0.1, 0.2 y 0.4 M). Posteriormente, estos nanocompuestos se aplicaron sobre sustratos metálicos con la finalidad de evaluar el efecto que tiene el grado de funcionalización del GO con el APTES en las propiedades anticorrosivas de un recubrimiento preparado a partir del sistema Epoxi/fGO. El desarrollo del proyecto se llevó a cabo en tres etapas: I) Síntesis y caracterización del óxido de grafito mediante el método de Hummers modificado, II) la funcionalización del óxido de grafeno con el silano APTES en solución y III) el desarrollo del nanocompuesto epóxico (Epoxi/fGO) y su aplicación mediante la técnica de inmersión, sobre sustratos metálicos de lámina de acero de bajo carbono A36. Se logró la obtención del óxido de grafito con una concentración de los grupos funcionales típicos reportados en la literatura (hidroxilos, carboxilos, carbonilos y epóxido) de ~ 32 % y un ~ 37 % determinado por XPS y TGA respectivamente. Se determinó mediante FTIR que la funcionalización ocurrió: i) por apertura de anillo y ii) por silanización al encontrar evidencia de la presencia de los enlaces Si-O-C, Si-O-Si y C-N, producto de ambos mecanismos de reacción. También se encontró que en los nanocompuestos Epoxi/ fGO (T1 0.01 M y T2 0.1 M) se obtiene la mejor dispersión fGO en la resina epóxica y mejores propiedades barrera de los recubrimientos preparados con estos nanocompuestos; obteniendo los mayores valores de impedancia |Z|0.1 Hz = 1.81E09 y Z|0.1 Hz = 1.48E09 ohm cm, respectivamente; así como las velocidades de corrosión más bajas T1 corr = 1.92E-05 y T2 corr = 2.50E-05 vs Acero corr = 1.09E-02 mm/año, respectivamente.

Estos resultados son de gran importancia ya que se demostró que funcionalizar al GO con una solución de silano a bajas concentraciones, es una vía para preparar recubrimientos con un buen desempeño barrera, haciendo útiles estos recubrimientos para aplicaciones anticorrosivas de estructuras de acero de bajo carbón; en las concentraciones de T3 0.2 M y T4 0.4 M se observó la presencia de estructuras de sílice, lo que da lugar a la formación de un sistema con características diferentes a lo buscado en este trabajo.

Doctorado en tecnología de polímeros BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

Modelado y optimización de la conductividad térmica, conductividad eléctrica y propiedades de tensión de compuestos de HDPE-partículas de carbono mediante herramientas de inteligencia artificial

Edgar Miguel García Carrillo (2022, [Tesis de doctorado])

En el diseño de compuestos poliméricos, es de gran interés poder predecir y optimizar sus propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas, antes de su fabricación, con el fin de reducir el trabajo experimental y de obtener materiales con mejor desempeño para diversas aplicaciones. Sin embargo, esta tarea es complicada debido al comportamiento complejo y no lineal de las propiedades de los compuestos. En este trabajo se desarrollaron redes neuronales artificiales (RNA) como modelos de predicción con el objetivo de aproximar la conductividad térmica, la conductividad eléctrica y las propiedades de tensión de compuestos de polietileno de alta densidad (HDPE) adicionados con partículas de carbono (PC). En la implementación de estos modelos se utilizaron datos obtenidos experimentalmente. Los compuestos fueron preparados mediante mezclado en fundido, utilizando cuatro tipos de partículas de carbono de distinta geometría a diferentes concentraciones. Las RNA de tipo perceptrón multicapa (MLP), entrenadas mediante el algoritmo Levenberg-Marquardt y con una sola capa oculta mostraron el mejor desempeño predictivo. Los modelos de RNA mostraron una buena correlación entre los datos experimentales y simulados, lo cual está evidenciado por factores de correlaciones superiores a 0.97 en los datos de prueba. Además, los modelos de predicción de la conductividad térmica y del módulo elástico basados en RNA se ajustaron en mayor medida a los datos experimentales en comparación con modelos analíticos reportados en la literatura. También, se determinó el impacto relativo de cada variable de entrada sobre las propiedades de los compuestos, a través del tratamiento de los pesos sinápticos de las RNA mediante el método connection weight. Las ecuaciones derivadas de las RNA se utilizaron como funciones de ajuste de un algoritmo genético multi- objetivo (MOGA) con el fin de optimizar los parámetros de diseño que permiten maximizar la conductividad térmica y el módulo elástico, así como minimizar la conductividad eléctrica de los compuestos. Como resultado de la optimización, se obtuvo un conjunto de soluciones óptimas que pertenecen a la frontera de Pareto.

Como resultado de la optimización, se obtuvo un conjunto de soluciones óptimas que pertenecen a la frontera de Pareto. Una prueba de conformidad se llevó a cabo para validar la capacidad de optimización del método de algoritmos genéticos. Finalmente, este modelo podría ser adaptado para su aplicación en otras propiedades de compuestos, así como en un intervalo de variables extendido.

Doctorado en tecnología de polímeros BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

Inteligencia Artificial como Estrategia en la Predicción de la Conductividad Térmica en Compuestos de Polipropileno/Nanotubos de Carbono

Daniela Alejandra Abreu Caceres (2022, [Tesis de maestría])

La eficiencia de los materiales compuestos complejos es importante a la hora de optimizar y predecir sus propiedades térmicas y eléctricas, con el fin, de ahorrar recursos, gastos y tiempo invertido antes de su fabricación, por ello, se emplean herramientas tradicionales como lo son, el uso de modelos analíticos, estos modelos, resultan fáciles de analizar, sin embargo, presenta una baja predicción a comparación de los datos experimentales. El uso de herramientas más sofisticadas, como lo son, la inteligencia artificial y una de sus ramas, el aprendizaje de máquina, resultan ser más precisos a la hora de optimizar valores. En este trabajo se analizaron las conductividades térmicas y eléctricas de los compuestos presentados en diferentes concentraciones a través de modelos analíticos, los cuales resultaron subestimar los valores de k y sobreestimar los valores de σ, con sus respectivas excepciones. Esto puede sugerir que los modelos analíticos, no aproximan los valores obtenidos experimentalmente en todos los casos. También se desarrollaron redes neuronales artificiales (RNA) como modelos de predicción con el objetivo de aproximar la conductividad térmica del polipropileno (PP) adicionados con nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT), implementando datos obtenidos experimentalmente. Los compuestos fueron preparados mediante mezclado en fundido, utilizando diferentes tipos de concentraciones (1, 2, 3 y 4%) tanto con el tratamiento, como sin el tratamiento de ultrasonido. Las RNA de tipo perceptrón multicapa (MLP), entrenadas mediante el algoritmo Levenberg-Marquardt y con 1 capa oculta mostraron el mejor desempeño predictivo. Los modelos de RNA mostraron una buena correlación entre los datos experimentales y simulados, lo cual está evidenciado por factores de correlaciones superiores a 0.99 en los datos de prueba. Además, los modelos de predicción de la conductividad térmica basados en RNA se ajustaron en mayor medida a los datos experimentales en comparación con modelos analíticos reportados en la literatura.

Maestría en tecnología de polímeros BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA