Multifunctional properties of carbon nanotube yarns and their use for damage sensing in fiber reinforced polymer composites

CESAR ANTONIO PEREZ ARANDA (2024, [Tesis de doctorado])

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

First-principles calculations focused on the study of MXenes with potential applications in energy storage devices

First-principles calculations focused on the study of MXenes with potential applications in energy storage devices

Victor Hugo Medina Macias (2023, [Tesis de maestría])

First-principles studies of Ti/Ta-based ordered alloy MXenes have demonstrated their viability as anode material in Li-ion batteries due to their promising electrochemical properties. However, the influence of surface functional groups on the atomic-scale lithiation processes remains unknown. In this thesis, we employ first-principles density functional theory (DFT) calculations to investigate the thermodynamic stability, structural characteristics, and electrochemical properties of O-, F-, Cl-, and OH-functionalized Ti2Ta2C3 ordered alloy MXenes during Li intercalation. Our calculations reveal surface functionalization with O, F, Cl, and OH is thermodynamically stable, indicating their viability as functional groups. Also, we identify the H3 high symmetry site as the most favorable configuration for Li intercalation. To evaluate electrochemical performance, electrochemical characterization is carried out employing open circuit voltage (OCV) curves. Our findings demonstrate changes in storage capacities depending on the functional group, with O-functionalized MXenes exhibiting larger storage capacities in contrast to other functional groups in Ti2Ta2C3 MXene anode materials. The theoretical single-layer gravimetric storage capacities for O-, F-, and Cl-functionalized Ti2Ta2C3 MXene anodes are 91.77, 52.38, and 24.21 mAh/g, respectively. OH-functionalized MXenes failed to show thermodynamic stability during lithiation and favored Li cluster formation over an intercalation process. These results show how functional groups affect the potential performance of Ti2Ta2C3 MXene materials in energy storage applications and provide insights for correctly selecting the functional group of the host material.

Mediante cálculos de primeros principios se ha demostrado la viabilidad del MXene formado por la aleación ordenada Ti/Ta como material anódico en baterias de iones de litio, esto debido a sus propiedades electroquímicas prometedoras. Sin embargo, la influencia de los grupos funcionales superficiales en el proceso atómico de litiación permanecen desconocidos. En esta tésis, empleamos cálculos de primeros principios basados en la Teoría del Functional de la Densidad (DFT) para investigar la estabilidad termodinámica, las características estructurales y las propiedades electroquímicas del MXene de aleación ordenada Ti2Ta2C3 funcionalizado con grupos O, F, Cl y OH, durante el proceso de intercalación de iones de litio. Nuestros cálculos demuestran la estabilidad termodinámica de la funcionalización superficial con grupos O, F, Cl y OH, indicando su viabilidad como grupos funcionales. Adicionalmente, identificamos el sitio de alta simetría H3 como la configuración más estable para la intercalación de Li. Para evaluar el rendimiento electroquímico, se realizó la caracterización electroquímica empleando curvas de voltage de circuito abierto (OCV). Nuestros hallazgos demuestran cambios en la capacidad de almacenamiento dependiendo del grupo funcional, siendo el MXene funcionalizado con oxígenos el que exhibe mayores capacidades de almacenamiento en contrastre con los otros grupos funcionales presentes en el MXene Ti2Ta2C3. Las capacidades gravimétricas de almacenamiento para los ánodos de Ti2Ta2C3 de una sola capa funcionalizados con O, F y Cl son 91.77, 52.38 y 24.21 mAh/g, respectivamente. Los MXenes funzionalizados con grupos OH no mostraron estabilidad termodinámica durante el proceso de litiación y favorecieron la formación de clusters de Li en su lugar. Estos resultados demuestran cómo los grupos funcionales cambian el rendimiento potencial de MXenes de Ti2Ta2C3 en aplicaciones de almacenamiento de energía y proporciona información para seleccionar correctamente el grupo funcional del material base.

MXene, MXene de aleación ordenada, Bateria de Li-ion, Material anódico MXene, ordered alloy MXene, Li-ion battery, Anode material INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Fabricación de nanopartículas de oro dentro de óxido de aluminio (γ-Al2O3) nanoestructurado con cavidades esféricas

Manufacturing of Gold Nanoparticles within Nanostructured Aluminum Oxide (γ-Al2O3) with Spherical Cavities

Mariela de Jesús Franco Gallegos (2023, [Tesis de maestría])

Los catalizadores basados en nanopartículas de oro han generado gran interés, gracias a su capacidad de ser selectivos en la promoción de reacciones específicas o en la producción de productos deseados, minimizando la formación de productos secundarios no deseados; sus propiedades electrónicas únicas; y su utilización bajo condiciones ambientales. Sin embargo, la desventaja principal de los catalizadores de oro es la sinterización de las nanopartículas debido a su baja temperatura de fusión, lo que provoca la pérdida de actividad catalítica y la desactivación del catalizador. Una de lassoluciones que ofrece el uso de la nanociencia y la nanotecnología es la utilización de soportes nanoestructurados que den mejor estabilidad a las nanopartículas y las protejan de la desactivación. En este trabajo se sintetizaron catalizadores basados en nanopartículas de oro soportados y encapsulados en alúmina macroporosa, por un método de impregnación húmeda asistida por ultrasonido; un método sencillo, rápido y ecológico. El desempeño catalítico de materiales sintetizados se analizó mediante espectroscopía UV-Visible in-situ en la reducción de 4-Nitrofenol a 4-Aminofenol. Así mismo, se presentan las caracterizaciones por TEM, SEM, FT-IR, espectroscopía UV-Visible, y XRD de catalizadores obtenidos. Se obtuvieron catalizadores altamente activos con alto rendimiento gracias al uso de un soporte nanoestructurado.

Catalysts -based on gold nanoparticles have recently gained interest due to their ability to selectively promote specific catalytic reactions or produce desired products, while minimizing the formation of unwanted byproducts, their unique electronic properties, and their utilization under ambient conditions. However, the main drawback of gold catalysts is the sintering of nanoparticles due to their low melting temperature, which leads to loss of catalytic activity and catalyst deactivation. One of the solutions offered by nanoscience and nanotechnology is the use of nanostructured supports that provide better stability to the nanoparticles and protect them from deactivation. In this work, gold nanoparticle-based catalysts supported and encapsulated in macroporous alumina were synthesized using a simple, fast, and eco-friendly method of ultrasound-assisted wet impregnation. The catalytic performance of synthetized materials was evaluated by in-situ UV-Visible spectroscopy in the reduction of 4-Nitrophenol to 4-Aminophenol. In addition, their characterization by TEM, SEM, FT-IR, UV Visible spectroscopy and XRD are presented. Highly active catalysts with high performance were obtained thanks to the use of a nanostructured supports.

nanopartículas de oro, alúmina macroporosa, impregnación, reducción 4-NF gold nanoparticles, macroporous alumina, impregnation, 4-NF reduction INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Synthesis of Ferroelectric and Multiferroics Thin films of BiMnO3/ SrTiO3 and Structural, Piezoelectric, Magnetic, Optical, and Mechanical Properties Characterization

Glory Valentine Umoh (2022, [Tesis de doctorado])

Multiferroic characteristics of BiMnO3 thin films offer great prospects to explore, either

in terms of ferroelectricity, ferromagnetism, or ferroelasticity. Ferroelectric and

ferromagnetic materials can be used in data storage due to their electrical and magnetic

properties. Ferroelastic can find its application in microelectromechanical systems

devices. This dissertation focused on the synthesis, characterization, and improvement of

the multiferroic properties of polycrystalline BiMnO3 thin films as well as the elaboration

influence of Cu on the magnetism of BiMnO3 thin films. BiMnO3 films were grown on

three different substrates, Si (001), Pt-buffered Si (001), Nb-doped SrTiO3 (100), and also

doped with different amounts of Cu. The films were characterized using techniques such

as X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), HRTEM

observations, by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy

(AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, Visible-near-IR

spectroscopy (Vis-NIR), electron energy loss spectrometer (EELS), nanoindenter,

superconductor quantum interference device (SQUID) magnetometer, and finally, the

polarization-electric field (P-E) hysteresis loops of the BiMnO3 thin films were conducted

at 200 and 300 K. There are several studies on the growth of thin films, however, they are

not clear and in some cases contradictory, therefore, different parameters were controlled

during the deposition in terms of working pressure, RF power, substrate, deposition

10

temperature, and target to substrate distance. After deposition ex-situ thermal treatment

was carried out in order to compensate for the volatility of bismuth and also to eliminate

secondary phase.

Kramer’s–Krӧnig analysis was used to determine bandgap, via a polynomial fit in the

energy loss function (ELF) plot with an Eg = 1.63 eV, complex dielectric function, and

static dielectric constant, ε* = 4.68 of the grown BiMnO3 thin films. The reflection

coefficient Ґl of the BiMnO3 thin films was used to elucidate the reflection loss in the

BiMnO3 thin films. XPS analysis revealed the existence of Mn charge transition of 3+

and 4+ states. Resistivity result describes BIMnO3 as a semiconductor. The

nanomechanical characterization demonstrated that the region of penetration depth was

below 10% of BiMnO3 film thickness. Young's modulus (E), hardness (H), and Stiffness

(S) were measured to be 142 ± 3 GPa, 8 ± 0.2 GPa, and 44072 ± 45 N/m respec

SÍNTESIS DE MATERIALES Materiales Multiferroicos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS OTRAS

Estudio y caracterización del Sargazo para uso y disposición

David Quiroz Cardoza (2022, [Tesis de maestría])

El masivo arribo de sargazo a las costas es un problema de carácter social,

ambiental y económico. Por tal motivo, el objetivo de este trabajo es evaluar los

productos obtenidos de la digestión anaerobia (DA) del sargazo para su

valorización desde la perspectiva circular para el uso del material no digerido

(Digestato) como mejoradores de suelos.

Bajo las consideraciones teóricas, establecidas por el cálculo del potencial de

metanización (BPM), se establecieron las relaciones C/N 15, 20 y 30 que

favorecían la digestión del sustrato en el desarrollo experimental. Además de

considerar tres tamaños de partícula, 5, 2 y 0.6 mm, para su fermentación. El

tamaño de partícula de 2 mm, mostró mejores resultados experimentales en la

generación de biogás produciendo hasta 1763 cm3

/gSV de biogás y hasta 1401.03

mL de CH4, mientras que la evaluación del potencial bioquímico de metano (PBM)

experimental alcanzo un acumulado de 92.62 mL CH4/gSV en 35 días de

tratamiento. De acuerdo con estos resultados es posible el obtener biogás de la

DA del sargazo con una composición de metano aceptable para su valorización.

La alta concentración del sulfuro de hidrogeno en el biogás, de hasta 15,721.66

mg/L al inicio de la digestión anaerobia, aun cuando disminuye con el tiempo hace

obligatorio el pretratamiento para reducir esta concentración según su aplicación.

El digestato obtenido luego de la DA tiene los nutrientes para ser valorizado como

un mejorador de suelos según la NTEA-006-SMA-2006. Sin embargo, existe la

limitante debido a que sobrepasa los niveles permisibles de metales pesados

como arsénico 5 mg/Kg, encontrando en los digestatos evaluados valores desde

los 19 mg/Kg hasta los 30 mg/Kg de arsénico. Además en las pruebas de

germinación para la partícula de 2 mm se muestran índices que indican una

toxicidad de moderada a baja en concentraciones entre el 60 y 100% de digestato

puro, indicando que el digestato influye en los procesos de germinación.

El cálculo de huella de carbono, concluye que el impacto causado de implementar

o no la DA como tecnología para el aprovechamiento del sargazo de las playas

mexicanas se le atribuye un 66.18% a la recolección y transporte, dejando un

33.82% restante relacionado a la digestión anaerobia.

Caracterización de materiales Sargazo INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA DEL MEDIO AMBIENTE 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

Estimación de parámetros de infiltración a partir de mediciones de avance de riego por melgas empleando las ecuaciones de Saint-Venant, y Green y Ampt

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ (2016, [Artículo])

Se presenta un método para realizar la estimación de parámetros de infiltración con base en el empleo de las ecuaciones de Saint-Venant para describir el flujo del agua sobre el suelo, y la ecuación de Green y Ampt para representar el flujo del agua en el suelo. La estimación de los parámetros hidrodinámicos de conductividad hidráulica a saturación y presión en el frente de humedad, se realiza aplicando el método Levenberg-Marquardt. El modelo así obtenido, permite el ajuste de los parámetros hidrodinámicos a partir de datos de pruebas de avance de riego por melgas y de la textura del suelo.

Riego por inundación controlada Modelos matemáticos Método Levenberg-Marquardt CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Gasto óptimo en riego por melgas

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ LEONID VLADIMIR CASTANEDO GUERRA (2013, [Artículo])

Se verifica la relación, básicamente lineal, que existe entre la longitud de una melga y el gasto óptimo de riego, que es el gasto que se debe aplicar para obtener un valor máximo en el coeficiente de uniformidad, que produzca valores elevados de las eficiencias de aplicación y de requerimiento de riego. Dicha verificación se realiza mediante la aplicación de un modelo hidrodinámico completo, empleando métodos numéricos, que hace uso de las ecuaciones de Saint-Venant para la descripción del flujo del agua sobre el suelo, acopladas internamente con la ecuación de Richards, que permite modelar el flujo del agua en el suelo. De acuerdo con los resultados obtenidos mediante la aplicación del modelo para diez tipos de suelo diferentes, se incluyen cuadros de diseño operativo del riego por melgas.

Riego por melgas Gasto óptimo CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

El papel del juego en la domesticación de plantas

JAIME MARTINEZ CASTILLO EDUARDO PERALTA IDROVO FRANCISCO PERALTA IDROVO HERNAN PERALTA IDROVO ANDREA LEON CADENA (2022, [Artículo])

Cuando pensamos en la domesticación de plantas, es común que se nos venga a la mente especies que satisfacen las necesidades básicas del humano, como aquellas de uso alimenticio, medicinal y vestido; sin embargo, ¿Existen especies en donde el juego una actividad banal para muchas personasha sido parte de su domesticación? En este artículo revisamos este tema tan interesante usando información sobre las especies domesticadas de frijol (Phaseolus spp.) presentes en Sur América.

FRIJOL LUDICA PALLAR POROTO REGION ANDINA SUR AMERICA TORTA BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOLOGÍA VEGETAL (BOTÁNICA) ECOLOGÍA VEGETAL ECOLOGÍA VEGETAL

Remoción de macronutrientes en el tratamiento de aguas residuales porcícolas

Macronutrients removal in the treatment of swine wastewater

VIOLETA ERENDIRA ESCALANTE ESTRADA MARCO ANTONIO GARZON ZUÑIGA SERGIO VALLE CERVANTES (2012, [Artículo])

Se presentan los resultados de una comparación realizada entre los procesos biológicos más utilizados para el tratamiento de efluentes porcícolas. Estos procesos son: digestores anaerobios, reactor anaerobio de flujo ascendentes, filtros anaerobios, reactor secuencial en lote, sistemas lagunares y biofiltros. Se concluye que una buena opción de tratamiento podría ser un sistema combinado de filtros sumergidos anaerobios con filtro percolador aireado, ya que los filtros anaerobios requieren un menor tiempo de retención hidráulico para la reducción de la materia orgánica y por otra parte, los biofiltros aerados pueden alcanzar eficiencias de remoción de nitrógeno mayores a las de otros sistemas (lagunas, variantes de lodos activados, etcétera). Sin embargo, aunque existen algunos estudios sobre el seguimiento de los mecanismos para la remoción de nitrógeno en biofiltros, se requiere realizar estudios adicionales al respecto. Se propone que una posible estrategia sería estudiando el efecto de la relación C/N y de la tasa aireación en estos sistemas de tratamiento.

Efluentes industriales Porcinos Tratamiento de aguas residuales Nitrógeno INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA