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Tercer Encuentro Internacional de Investigadores en Materiales y Tecnología del Plasma – 3rd y Primer Simposio en
Nanociencia y Nanotecnología
Ely Dannier V. Niño
IMRMPT
Editor y Coordinador de Diagramación
German Quiñonez
Diseño Carátula
German Quiñonez
Diseño Web
Fredy Humberto Vera
Programación Web
Información Dirección Postal de la Memoria
Laboratorio de Física y Tecnología del Plasma y Corrosión - FITEK
Universidad Industrial de Santander - UIS
Carrera 27 Calle 9. PBX +57 7 634 40 00 Ext. 1057
Bucaramanga – Santander - Colombia
E-mail: [email protected] - [email protected]
Copyright © 2015 UIS – FACULTAD DE CIENCIAS, ESCUELA DE FISICA. Libro de Resúmenes
del Tercer Encuentro Internacional de Investigadores en Materiales y Tecnología del Plasma – 3rd
IMRMPT Primer Simposio en Nanociencia y Nanotecnología, ISSSN 2422-3824. Esta es una
publicación del Encuentro Internacional de Investigadores en Materiales y Tecnología del Plasma IMRMPT. La responsabilidad de los resúmenes publicados compete a los autores mismos.
Directivas Universidad Industrial de Santander
Álvaro Ramírez García
Rector
Luis Eduardo Becerra Ardila
Vicerrector Administrativo
Jaime Enrique Meneses Fonseca
Vicerrector de Investigación y Extensión
Jhaneth Aide Perea Villamil
Vicerrector Académico
German Moreno Arenas
Decano Facultad de Ciencias
Jorge Humberto Martinez Tellez
Director Escuela de Fisica
Valeriy Dugar-Zhabon
Director Grupo de Investigacion FITEK
Comité Organizador Local
Eduardo Alberto Orozco Ospino (Coordinador)
José José Barba Ortega
Fernando Durán Flórez
Germán Moreno Arenas
David Alejandro Miranda Mercado
Claudia Paulina Gonzáles Cuervo
Comité Académico Nacional
 Héctor Jaime Dulce Moreno
Facultad de Ciencias Básicas
Universidad Francisco de Paula Santander – Cúcuta
 José José Barba Ortega
Departamento de Física
Universidad Nacional de Colombia - Bogota
 Miryam Rincón Joya
Universidad Nacional de Colombia - Bogota
 Juan José Pavón Palacio
Programa Bioingeniería
Universidad de Antioquia – Medellín
 Henry Riascos Landázuri
Universidad Tecnológica de Pereira - Pereira
 Valeriy D. Dugar-Zhabon
Director Grupo FITEK, Escuela de Física
Universidad Industrial de Santander - Bucaramanga
 Eduardo Alberto Orozco Ospino
Escuela de Física
 David Alejandro Miranda Mercado
Escuela de Física
 William Gutierrez Niño
Escuela de Física
 Arturo Plata Gómez
Escuela de Física
 Rafael Cabanzo Hernández
Escuela de Física
 Jorge Martínez Téllez
Director Escuela de Física
 Germán Moreno Arenas
Decano Facultad de Ciencias
 Darío Yesid Peña Ballesteros
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
 Alejandro David Martínez Amariz
Universidad Pontificia Bolivariana – Bucaramanga
 Aduljay Remolina Millan
Facultad de Ingeniería Mecánica
Universidad Pontificia Bolivariana - Bucaramanga
 Claudia Paulina González Cuervo
Departamento Ciencias Básicas
Universidad Pontificia Bolivariana – Bucaramanga
 Jesús David González
Facultad de Ingenierías
Universidad del Magdalena – Santa Marta
 Cesar Augusto Rodríguez Adarme
CEO Structural Synergy
Universidad del Valle
 Fernando Durán Flórez
 Hermes Barrera Ávila
Director Departamento Ciencias Básicas
 Carlos Javier Jaimes Ochoa
 Luis Carlos Caicedo Barrera
 Fredy Fabián Parada Becerra
 Hernán Alfonso Garnica
UEN Tecnologías
Corporación para La Investigación de la Corrosión – Piedecuesta
Comité Académico Internacional
 Petr Tsygankov
Universidad Técnica Estatal de Bauman – Moscú
Rusia
 Jean Paul Allain
University of Illinois at Urbana – Champaign
Estados Unidos
 Edmanuel Eduardo Torres Amarís
Instituto Tecnológico de Massachusetts – Massachusetts
Estados Unidos
 Wilson Vesga Rivera
Universidad de Cranfield – Cranfield
Reino Unido
 Eduardo Méndez Morales
Universidad de la República – Montevideo
Uruguay
 Rogelio Ospina Ospina
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas – Rio de Janeiro
Brasil
Elvis Oswaldo López Meza
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas – Rio de Janeiro
Brasil
 Humberto José Jiménez
Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología en el Estado Bolívar y Universidad Nacional
Experimental Politécnica Antonio José de Sucre – Puerto Ordaz
Venezuela
 Sergio Eduardo Rios Contesse
Reino Unido
 Jaime Andrés Pérez Taborda
Instituto de Microelectrónica de Madrid – Madrid
España
 Manuel José Andrade Romero
Universidad Federal de Rio de Janeiro - Rio de Janeiro
Brasil
 Ana María Herrera Rodríguez
Universidad Heidelberg - Heidelberg
Alemania
 Angela Lorena Cardenas Manosalva
Brasil
 Monica Arenas
Brasil
 Sugheis Liscano Durán
Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre – Puerto Ordaz
Venezuela
 Luz Dary Mantilla
Reino Unido
 Sonia Ruth Rincon Urbina
Universidad de Cranfield – Cranfield y Fuerza Aerea Colombiana - Bogota
Reino Unido y Colombia
Conferencistas Invitados Internacionales
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Petr Tsygankov
Universidad Técnica Estatal de Bauman – Moscú, Rusia
Eduardo Roberto Cruz Chú
Instituto Heidelberg - Heidelberg, Alemania
Ana María Herrera Rodríguez
Instituto Heidelberg - Heidelberg, Alemania
Maxime Louet
Universidad Paris Diderot – Paris, Francia
Athanasios Kolios
Universidad de Cranfield – Cranfield, Reino Unido
Wilson Vesga Rivera
Sergio Eduardo Rios Contesse
Sue Impey
Fernando Briones Fernández-Pola
Instituto de Microelectrónica de Madrid – Madrid, España
Jaime Andrés Pérez Taborda
Instituto de Microelectrónica de Madrid – Madrid, España
Aldo Humberto Romero
Universidad de West Virginia – Morgantown, Estados Unidos
Chrystian Mauricio Posada Arbeláez
Argonne National Laboratory – Chicago
Luis Arturo Godínez Mora-Tovar
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica – Querétaro, México
Carlos Eduardo Frontana Vázquez
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica – Querétaro, México
Eduardo Daniel Méndez Morales
Universidad de la República – Montevideo, Uruguay
Paulo Roberto Bueno
Universidad Estadual Paulista – Sao Paulo, Brasil
Paulo de Tarso Cavalcante Freire
Universidad Federal de Ceará – Fortaleza, Brasil
Alexandre Mello de Paula Silva
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas - Rio de Janeiro, Brasil
Elvis López Meza
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas - Rio de Janeiro, Brasil
Sergio A. de Souza Camargo
Universidad Federal de Rio de Janeiro – Rio de Janeiro, Brasil
Enrique Mariano Castrodeza
Renata Antoun Simao
Humberto José Jiménez
Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología en el Estado Bolívar y Universidad Nacional
Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” (UNEXPO) - Puerto Ordaz, Venezuela
Sugehis Liscano Duran
Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” (UNEXPO) - Puerto Ordaz,
Venezuela
Contenido
Conferencista Magistral Invitado ................................................................................................................ 20
Nanomateriales de plata: el difícil camino hacia su regulación ..................................................................... 21
El rol de los esfuerzos residuales en estructuras ingenieriles y procesos de manufactura .............................. 22
Manufactura aditiva por arco de plasma transferido y alambre ..................................................................... 23
Metodologías experimentales para la evaluación de la resistencia a la fractura de laminados fibra-metal tipo
GLARE ...................................................................................................................................................... 24
Gestión operativa de activos energéticos en alta mar ................................................................................... 26
Una visión de desarrollo y caracterización de aceros nanoestructurados para aplicaciones estructurales ....... 27
Sistemas UHV de sputtering reactivo para investigación de procesos de fabricación en película delgada ..... 28
Tecnologías avanzadas para recubrimientos biomédicos sobre compuestos de carbono ................................ 29
Superficies modificadas y materiales nanoestructurados para aplicaciones biomédicas: la física del plasma
aplicada y la instrumentación científica ayudan a resolver los problemas de la ciencia de los materiales ...... 30
Diagnóstico de un plasma magnetizado para la fabricación de películas de hidroxiapatita de alta calidad ..... 31
Superficies superhidrófobas producidos por plasma .................................................................................... 33
Propiedades mecánicas y tribológicas de superficies, películas y fibras en la micro y nanoescala ................. 34
Caracterización de barreras térmicas termorrociadas por plasma .................................................................. 35
Desarrollo de un sensor de gas de automoción de nanocompuesto ............................................................... 36
Recientes desarrollos en la industria de semiconductores: dos casos de estudio............................................ 37
Capacitancia espectroscópica: un nuevo enfoque para Bioelectroquímica y la electrónica molecular............ 38
Diseño y construcción de sustratos modificados con dendrímeros para aplicaciones en electroquímica ........ 39
Comprendiendo el reconocimiento molecular en procesos electroquímicos acoplados con transferencia
protónica: efectos de sitio ............................................................................................................................ 40
De átomos a sólidos, como diseñar un material cristalino en una computadora ............................................ 41
Autoresonancia ciclotrónica espacial: pasado, presente y futuro .................................................................. 42
Propiedades vibracionales y estructurales de los cristales de aminoácidos.................................................... 44
Caracterización por simulación de las funciones de la proteína G ................................................................ 45
Modelaje computacional de biomateriales ................................................................................................... 47
Fabricación de la cámara de tercera generación para mediciones de CMB en el telescopio del Polo Sur ....... 49
Revestimientos Biomédicos y Tratamientos Superficiales - BCST............................................................... 50
Adhesión de células HOS a superficies de Ti6Al4V patronadas por grabado láser ....................................... 51
Diseño de recubrimientos sol-gel sobre aleaciones de magnesio empleadas en la fabricación de implantes
ortopédicos ................................................................................................................................................. 52
Análisis de recubrimientos biocompatibles de hidroxiapatita sobre acero 316L obtenidos mediante técnicas
electroquímicas ........................................................................................................................................... 53
Influencia de las nanopartículas de plata en el efecto citotóxico y biocida de los recubrimientos compuestos
de TaN(Ag) ................................................................................................................................................ 55
Evaluación de la resistencia a la corrosión de recubrimientos híbridos sol-gel multicapa depositados sobre el
acero inoxidable austenítico AISI 316L ....................................................................................................... 57
Superficies nanoestructuradas de Ti6Al4V mediante síntesis por irradiación dirigida (DIS) para estimulación
celular......................................................................................................................................................... 58
Síntesis por irradiación dirigida (DIS) sobre titanio puro rugoso y poroso para aplicaciones biomédicas ...... 60
Biomateriales para el tratamiento de aneurismas por lesiones penetrantes del cerebro (PBI): NiTi
nanoestructurado vía síntesis por irradiación dirigida (DIS) ......................................................................... 62
Caracterización de Materiales - CM ............................................................................................................ 64
Umbral de percolación de transporte eléctrico y exponentes críticos en compósitos de Sr 2YSbO6–YBa2Cu3O7 ................................................................................................................................................................. 65
Propiedades ópticas de cristales fotónicos unidimensionales de silicio poroso con indice de refracción no
homogéneo ................................................................................................................................................. 66
Biosíntesis y caracterización de nanopartículas de oro sintetizadas a partir de extractos de hojas de
Tamarindus indica L ................................................................................................................................... 67
Caracterización Mecánica de un Phantom de Mama .................................................................................... 68
Efecto fundente del borax en la sinterización del hierro Ancoor steel 1000 ® bajo una descarga luminiscente 69
Síntesis y caracterización de nanopartículas de un óxido obtenidas por el método de precursores poliméricos
................................................................................................................................................................... 70
Caracterización estrucutural de arcillas usadas en la industria de la construcción para evaluacion de sus
propiedades físico-quimicas ........................................................................................................................ 71
Análisis por impedancia ac y estructural de una perovskita nanoestructurada LaFeO 3 .................................. 72
Intercambio energético en el acoplamiento de dos ondas cuasi-degenerado en cristales fotorrefractivos ....... 73
Síntesis de nanopartículas de óxido cuproso (Cu2O / CuO) ......................................................................... 74
Síntesis y caracterización del sistema LaBa 2Cu3O7 ...................................................................................... 75
Síntesis y caracterización del sistema La 0.8Sr0.2Ni1-xCrxO3 (X= 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) por el método de
combustión ................................................................................................................................................. 76
Síntesis y caracterización del sistema La 0,8Sr0,2MnO3 .................................................................................. 77
Estructura, comportamiento mecánico y térmico de mezclas de resinas de poliéster y residuos cerámicos
odontológicos ............................................................................................................................................. 78
Estudio de desgaste de láminas de acero deformadas con herramientas recubiertas ...................................... 79
Sintesis, caracterizacion y efecto percolativo de compositos superconductor - aislante................................. 80
Sintesis, caracterizacion estructural y estudio magnético de la nueva perovskita Sr 2GdSbO6 ........................ 81
Caracterización estructural y magnética del nuevo material tipo perovskita GdMn1-xFexO3 .......................... 82
Caracterización mecánica de mezclas de caucho hevea brasiliensis con cauchos sintéticos comerciales ....... 84
Influencia del proceso de densificación en las propiedades microestructurales, eléctricas y ópticas de
cerámicas PLMN-PT dopadas con Er+3 ....................................................................................................... 85
Síntesis de la perovskita compleja Sr 2HoNbO6 como potencial sustrato para el crecimiento de películas
superconductoras de YBa2Cu3O7- ............................................................................................................... 86
Cr-sustituido ferritas de Ni-Zn a través de la descomposición de oxalate, las propiedades estructurales,
eléctricas y magnéticas................................................................................................................................ 87
Producción y caracterización del nuevo sistema superconductor TR 3Ba8Cu11Oy (TR= Sm, Y, Ho) ............... 89
Estructura fina de los espectros raman de carbones colombianos y su correlación con propiedades
fisicoquímicas ............................................................................................................................................. 90
Montaje experimental de un sistema de medidas magnetoeléctricas operando a diferentes temperaturas ...... 91
Estudio de las propiedades estructurales y magnéticas de BiFeO3 dopado con Itrio ..................................... 92
Prediccion de la calidad de coques obtenidos en los procesos de conversión de fondos de vacío usando
espectroscopia infrarroja ftir-art .................................................................................................................. 93
Estudio cinético del craqueo térmico de fondos de vacío y sus fracciones sara por termogravimetria ........... 94
Metodología para la predicción y extensión de las curvas de destilación de los fondos de vacío utilizando
funciones de probabilidad ........................................................................................................................... 95
Estudio de la reactividad del craqueo termico de fondos de vacio ................................................................ 96
Estudio de la reactividad de fondos de vacio en condiciones de hidroconversion ......................................... 97
Caracterización estructural, magnética y mössbauer de manganitas La 2/3Ca1/3Mn1-xFexO3 (0 ≤ x ≤ 0.1)
dopadas con 57Fe ......................................................................................................................................... 98
Caracterización espectroscópica y determinación del rendimiento cuántico de fluorescencia de puntos
cuánticos de CdTe y CdSe/ZnS ................................................................................................................... 99
Relación entre patrones de dominios ferroeléctricos y propiedades de la cerámica PLT21 ......................... 100
Efecto del pH de síntesis en las propiedades estructurales y ópticas del TiO 2 por el método sol-gel............ 101
Caracterización química y mineralógica de residuos de cuarcita para su uso en la industria cerámica ......... 102
Medida del Índice de Refracción no Lineal de Materiales Orgánicos por Z-Scan ....................................... 103
Mapeo de estructuras frágiles en afloramientos de la cuenca del río peixe a través de GPS diferencial y
brújula ...................................................................................................................................................... 104
Estudio de la conductividad eléctrica del Cs3(HSO4)2(H2PO4): ¿descomposición o transición estructural? . 105
Consideraciones sobre las medidas de impedancia eléctrica de soluciones electrolíticas en una celda de cuatro
electrodos ................................................................................................................................................. 107
Dependencia de la viscosidad de un fluido magnetoreológico con el campo magnético.............................. 108
Estudio de la formación de estructuras en un fluido magnético en presencia de un campo externo ............. 109
Estudio teórico de las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas del AlAs dopado con Cu ........ 110
Análisis de láminas de grafito pirolítico altamente orientado mediante espectroscopias raman e IR ........... 111
Sistema para medidas de propiedades de transporte electrónico utilizando el método de van der pauw....... 112
Coeficiente de expansión térmica de guadua angustifolia-kunth medido con la técnica fotoacústica ........... 113
Crecimiento y caracterización de nanofluidos de dióxido de titanio ........................................................... 114
Fabricación de una aleación preciosa de bajo punto de fusión para su uso en pre-engaste con esmeraldas
colombianas .............................................................................................................................................. 115
Síntesis, caracterización estructural y morfológica de la perovskita LaYbO₃ ............................................. 116
Fabricación y caracterización de nanofibras de PVA y PMMA a través de electrohilado............................ 117
Influencia de los parámetros HVFO sobre la resistencia a la corrosión de recubrimientos cerámicos de óxido
de aluminio y óxido de cromo, rociados sobre acero 1020 ......................................................................... 118
Evaluación del comportamiento frente a la corrosión de acero estructural, recubierto con pinturas epóxicas,
por medio de técnicas electroquímicas D.C. .............................................................................................. 119
Procesamiento de baterías gastadas para la recuperación de materiales que contienen cobalto, níquel y tierras
raras mediante una secuencia de procesos químicos y electroquímicos ...................................................... 120
Análisis de imágenes SEM de sólidos catalíticos mediante un algoritmo de segmentación ......................... 121
Cambios morfológicos y estructurales de películas delgadas de ZrN/ZrOxNy sometidos a corrosión en
solución de cloruro de sodio ...................................................................................................................... 122
Propiedades geométricas, electrónicas y de reactividad química intrínseca de derivados mono- y bisustituidos de quinoleína para el estado fundamental en fase gaseosa......................................................... 123
Efecto del fragmento amino sobre las propiedades geométricas, electrónicas y de reactividad química
intrínseca de la 1,2 benzopirona en fase gaseosa para el estado fundamental .............................................. 124
Efecto del sustituyente donante de electrones por resonancia sobre las propiedades ópticas de absorción de la
1,2 benzopirona en fase gaseosa para el estado fundamental ...................................................................... 125
Propiedades ópticas de absorción de derivados mono- y bi-sustituidos de quinoleína en fase gaseosa para el
estado fundamental ................................................................................................................................... 126
Susceptibilidad magnética A.C., magnetización e influencia del tratamiento térmico en la obtención de la
estructura nanocristalina de la aleación amorfa de composición Fe37Co35Nb6B11Si10Cu1............................. 127
Cambios en las propiedades estructurales y eléctricas de polianilina y polipirrol por dopaje con mullita .... 129
Caracterización superficial del acero HP-40 mediante Espectroscopia de μ-plasma inducido por láser (μ LIBS) y SEM ............................................................................................................................................ 130
Análisis estructural y de impedancia de perovskitas SrTiO3 dopadas con Co ............................................. 131
Investigación por espectroscopia raman intensificada por efecto superficial (SERS) de vapreotide adsorbido
sobre coloides de oro ................................................................................................................................ 132
Caracterización superfícial de películas delgadas tipo cermet depositadas por magnetron sputtering .......... 133
Caracterización fisicoquímica de los productos del petróleo en los fondos de vacío del proceso de
coquización retardada por métodos de espectroscopia infrarroja FTIR-ATR y quimiométricos .................. 134
Síntesis y caracterización de materiales nanoestructurados a base de Fe50Co50 y Fe75Co25 ..................... 135
Efectos fotónicos en nanoestructuras de la interfase Ti-TiO2 ..................................................................... 136
Láser y Procesos Híbridos - LHP .............................................................................................................. 137
Predicción de propiedades fisicoquímicas de carbones colombianos utilizando espectroscopia infrarroja
(FTIR-ATR) y métodos quimiométricos.................................................................................................... 138
Síntesis y registro de un filtro complejo en un material fotorrefractivo para operaciones de correlación
fraccionarias ópticas ................................................................................................................................. 139
Modelado, Simulación y Diagnóstico - MSD ............................................................................................ 140
Manipulación del estado de Abrikosov en un superconductor de baja Tc: La influencia de gradientes térmicos
................................................................................................................................................................. 141
Diseño e implementación de un sistema autónomo para aplicaciones con sonda doble de Langmüir .......... 142
Desarrollo de una aplicación web para determinar la densidad superficial de iones implantados en metales 143
Estudio computacional de confinamiento de plasmas RCE en trampas magnéticas minimo-B y cero-B
mediante el método PIC usando programación en paralelo sobre una GPU ................................................ 144
Límite de efectos de desmagnetización por crecimiento de la altura de un prisma superconductor ............. 145
Gradiente de la longitud de degennes en una muestra superconductora ...................................................... 146
Modelamiento cinético y solución numérica de los parámetros presentes en los arcos catódicos en vacío... 147
Influencia de las tensiones residuales térmicas en el comportamiento de materiales compuestos de matriz
metálica reforzados con particulas (PMMC) .............................................................................................. 148
Aplicación del modelo de control en espacios de estado a partir de las pérdidas totales obtenidas del
porcentaje de carbono de la chapa de acero al silicio ................................................................................. 149
Modelamiento numérico de la fractura de alta temperatura en materiales compuestos metálicos ................ 150
Vórtices dinámicos en la aleación Pb-In .................................................................................................... 151
Magnétismo para pequeños acoplamientos en el modelo de red de kondo con un potencial de superred ..... 152
Transición espiralferromagnética en un modelo de red de kondo con un potencial de doble pozo ............... 153
Estudio del grupo de renormalización de la matriz densidad del modelo anyon-hubbard ............................ 154
Fases aislantes de mott y superfluidas en superredes bosónicas.................................................................. 155
Campos críticos termodinámicos en una placa superconductora con dos parámetros de orden.................... 156
Fases cuánticas de la cadena fermiónica AB2............................................................................................. 157
Modelación computacional del mecanismo de fragilización por hidrogeno (HE) y agrietamiento bajo
corrosión-esfuerzo (SCC) en metales ........................................................................................................ 158
Modelamiento matemático y validación de la carburización de aceros de bajo carbono .............................. 159
Cálculo ab initio del ferromagnetismo semimetálico en las superredes (VN)1/(AlN)1, (VN)1/(GaN)1 y
(VN)1/(InN)1 ............................................................................................................................................ 160
Teoría funcional de la densidad de análisis de las propiedades magnética, estructural y eléctrica de la
perovskita compleja Ba2CoMoO6 .............................................................................................................. 161
Modelación computacional bidimensional del factor de intensidad de esfuerzos en un material metálico
agrietado ................................................................................................................................................... 162
Solución de las ecuaciones de poisson-nerst-planck usando lattice-boltzmann ........................................... 163
Simulación autoconsistente de un haz de electrones en un campo magnético homogéneo con una onda viajera
en modo circular TE11 ............................................................................................................................... 164
Modelamiento del ensayo de nanoindentación instrumentada en un sistema recubrimiento / interfaz / sustrato
usando elementos finitos ........................................................................................................................... 165
Aproximación atómica para el modelo de anderson periódico: cálculo de propiedades termodinámicas ..... 166
Simulación por el método de montecarlo de la fabricación de nanoporos en la superficie de un monocristal
................................................................................................................................................................. 167
Diagramas de fase de estado base para el modelo de ising de espines mixtos 2 y 5/2 ................................. 168
Efectos de un campo magnético externo sobre un ferrimagneto de ising de espines mixtos 3/2 y 5/2: un
estudio monte carlo ................................................................................................................................... 169
Evolución de los lóbulos de Mott con el parámetro de interacción de intercambio de espín de bosones con
espín 1 en una red óptica ........................................................................................................................... 170
Algoritmo PIC electrostático bidimensional para el estudio del plasma producido por láser en el vacío ..... 171
Propiedades estructurales y electronicas del V5 Z3 (Z = Si, C y Ge) .......................................................... 172
Generalización de las ecuaciones de conducción iónica ............................................................................. 173
Control del enredamiento átomo-átomo mediante el efecto stark dinámico ................................................ 174
Del tunelamiento secuencial al tunelamiento correlacionado de dos bosones ............................................. 175
Análisis morfológico de aceros al carbono mediante geometría fractal....................................................... 176
Simulación computacional de una nueva fuente compacta autoresonante de rayos x basada en el modo
rectangular TE102....................................................................................................................................... 177
Simulación electromagnética en 3D de un rayo de electrones acelerados en autoresonancia espacial.......... 178
Superconductores de dos bandas: desarrollo teórico de las ecuaciones TDGL ............................................ 179
Análisis numérico de la configuración de vórtices en el estado flux flow ................................................... 180
Experimentación virtual en electromagnetismo, mecánica y óptica: aprendizaje basado en la web ............. 181
Tunelamiento del electrón resonante de un donador asistido en una heteroestructura de doble barrera bajo
campos magnéticos inclinados: un estudio teórico ..................................................................................... 182
Efecto de un rayo láser de alta intensidad en la energía de enlace de una impureza en un nanocone ........... 183
La densidad de corriente y de estado en nanoestructuras semiconductoras con impurezas magnéticas diluidas
................................................................................................................................................................. 184
Evaluación No Destructiva - NDE............................................................................................................. 185
Seguimiento de objetos usando un arreglo periódico de volumen: evaluación numérica ............................. 186
Estimación del diámetro de defectos superficiales sobre una muestra patrón de plexiglás empleando la técnica
de termografía activa infrarroja ................................................................................................................. 187
Nuevos Materiales - NM ........................................................................................................................... 188
Síntesis y caracterización electroquímica de un músculo artificial tricapa elaborado a partir de biopolímero
conductor de almidón de yuca (manihot esculenta, cranz) y Polipirrol (PPy) ............................................. 189
Estudio cinemático de un músculo artificial tricapa elaborado a partir de un biopolímero conductor de
almidón de yuca (manihot esculenta cranz) ............................................................................................... 190
Estudio en primeros principios de las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas del magnesio .. 191
Síntesis y caracterización de óxidos, basados en el sistema LiMO 2, (M = Co, Mn), como potenciales
materiales para componentes catódicos en baterías de ión-litio .................................................................. 192
Estudio teórico de las propiedades estructurales, electrónicas y termodinámicas de soluciones sólidas YNZrN........................................................................................................................................................... 193
Síntesis y caracterización de la espinela LiNixMn2-xO4 (x= 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0) por el método de
polimerización-combustión ....................................................................................................................... 195
El peróxido de calcio como una alternativa en la fotodegradación de contaminante ................................... 196
Alquitrán, material utilizado en el mejoramiento de suelos para uso en ingeniería...................................... 197
Síntesis de óxidos de cerio tipo fluorita dopados con praseodimio por el método de polimerización–
combustión para aplicación como materiales anódicos en pilas tipo SOFC ................................................ 198
Propiedades estructurales, respuesta eléctrica y comportamiento magnético de la perovskita compleja triple
La2SrFe2CoO9 ........................................................................................................................................... 199
Investigación teórica del GaN dopado con carbono ................................................................................... 200
Obtención del polímero anhídrido (azelaico-co-dodecanodioico) utilizando la técnica de microondas ........ 201
Remoción de mercurio de aguas residuales usando nanopartículas óxido de hierro .................................... 202
Síntesis de nanopartículas de plata (AgNPs) con actividad antibacterial ..................................................... 203
Propiedades cristalinas, electrónicas y magnéticas del material tipo perovskita Ba 2YbSbO6 ....................... 204
Resinas fenólicas-alquídicas altamente ramificados con alto contenido de sólido ....................................... 205
Estudio teórico y experimental de las propiedades electrónicas, estructurales y magnéticas de la perovskita
compleja Ba2GdSbO6 ................................................................................................................................ 207
Características cristalina, magnética y eléctrica del compuesto cerámico Nd 2SrMn2TiO9 ........................... 209
Estructura y morfología de la hexaferrita Sr3Co2Fe24O41 sintetizada por el método de pechini .................... 210
Propiedades estructurales y magnéticas de las aleaciones CuAl1-xCrxS2 ...................................................... 211
Propiedades electrónicas y magnéticas de las intercapas GaN/MnN/GaN - MnN/GaN/MnN ...................... 212
Propiedades estructurales y electrónicas de los compuestos ErB2, Er0.5Lu0.5B2 y LuB2 usando el funcional
hibrido PBE0 ............................................................................................................................................ 213
Un estudio ab-initio de la estabilidad relativa y propiedades electrónicas de las sustituciones de átomos de C
por B y N en el compuesto w-BN .............................................................................................................. 214
Efectos de las sustituciones de átomos de C por Al y N en el compuesto w-AlN ........................................ 215
Óxido de grafeno funcionalizado con nanopartículas de magnetita y su aplicación en la remoción de azul de
metileno en agua ....................................................................................................................................... 216
Síntesis de puntos cuánticos de grafeno (GQD) y carbono (CQD) mediante irradiación láser ..................... 217
Factibilidad del uso de alquitrán como nuevo material en la construcción de pavimentos ........................... 218
Producción de la perovskita LaYbO 3 mediante el método de pechini modificado y estudio de sus propiedades
estructurales, eléctricas y magnéticas ........................................................................................................ 219
Propiedades ópticas y electroópticas de las cerámicas PLMN-PT dopadas con Yb ..................................... 221
Evaluación de un poliéster poliol altamente ramificado de segunda generación modificado con ácido
poliláctico como compatibilizante de mezclas de almidón de yuca plastificado y ácido poliláctico ............ 222
Síntesis y caracterización de la perovskita La 0,95Sr0,05CrO3 ........................................................................ 224
Efecto de la sulfonación y la adicion de dietanolamina en el copolímero de SEPS para separar dióxido de
carbono..................................................................................................................................................... 225
Sistemas bidimensionales similares al grafeno. Un análisis teórico ............................................................ 226
Dependencia configuracional de la interacción de la molécula de agua con el grafeno ............................... 227
Aplicaciones del Plasma y Tecnologías - PAT........................................................................................... 228
Presencia de nitrato NO3 afecta la producción animal ................................................................................ 229
Alúmina y cuarzo como dieléctricos en un sistema de descargas de barrera de dieléctrico DBD para
hidrogenación del CO2 .............................................................................................................................. 230
Evaluación de la rigidez y la fricción de Ti6Al4V ELI nitrurado por descarga intensa de plasma ................ 231
Simulación del campo magnético producido por hilos con corrientes estacionarias e imanes com
magnetización constante aplicado a las trampas magnéticas tipo espejo, mínimo-B y cero-B ..................... 232
Calculo analítico del campo magnético producido por una configuración magnética multipolar ................. 233
Diseño de una fuente de potencia cc generadora de arcos catódicos pulsados en vacío ............................... 234
Desarrollo de una nueva metodología de sinterzación por medio de descarga luminiscente anormal para la
fabricación de compuestos de matriz metálica ........................................................................................... 235
Efecto de la sinterización en descarga luminiscente en las propiedades de un material compuesto fabricado
por pulvimetalúrgia ................................................................................................................................... 236
Estudio mediante diversas técnicas espectroscópicas de asfaltenos fraccionados por cromatografía de capa
fina (TLC) ................................................................................................................................................ 237
Comportamiento temporal de plasmas láser de amalgamas dentales a partir de la evolución de sus parámetros
característicos ........................................................................................................................................... 238
Estudio de la incidencia de la temperatura durante la sinterización por plasma de cerámicos superconductores
tipo YBa2Cu3O7-δ ...................................................................................................................................... 239
Plasmas de fusión nuclear: operación remota del tokamak GOLEM .......................................................... 240
Energías Renovables - RE ......................................................................................................................... 241
Diseño de una pila de combustible para producir una diferencia de potencial de 24 voltios ........................ 242
Comparación de tres sistemas de calentamiento de agua solar por termosifón ............................................ 243
Efectos de la texturización por ataques químicos y láser en las propiedades ópticas del silicio multicristalino
para apliaciones em celdas solares............................................................................................................. 244
Estimación de la radiación solar incidente sobre colectores ubicados en el techo de del centro cultural y
deportivo universitario de la fundación universitaria los libertadores ......................................................... 245
Procesos de Endurecimiento Superficial - SHP.......................................................................................... 246
Caracterización de polvos de ni y sic para la obtención de un material compuesto utilizado en proyección
térmica...................................................................................................................................................... 247
IONHEAT. Una spin-off de base tecnologica para el desarrollo de tecnologia plasma en colombia ........... 248
Integridad Estructural - SI ......................................................................................................................... 249
Desarrollo de una metodología experimental para evaluar el crecimiento de incrustaciones (CaCO3) que se
presentan en ductos ................................................................................................................................... 250
Modelo Matemático- Estadístico para la predicción de la tendencia de la integridad mecánica de un ducto
enterrado................................................................................................................................................... 251
Integridad en cabeza de pozo mediante separador de fases well-corr.......................................................... 252
Modificación Superficial (Implantación Iónica, Nitruración Iónica, PVD, CVD) - SM .............................. 253
Desarrollo y caracterización de recubrimientos de nitruro de tantalio dopado con nanopartículas de plata
TaN(Ag) depositados por pulverización catódica....................................................................................... 254
Estudio termodinámico de la deposición de películas de diamante a presión atmosférica, utilizando una
antorcha de oxi-acetileno .......................................................................................................................... 256
Estudio de los Esfuerzos Residuales de aceros H13 nitrurados y nitrocarburados por plasma ..................... 257
Estructuración de la superficie de un monocristal de GaSb mediante ataque con solución subsaturada ....... 258
Caracterización electroquímica del alambre de acero empleado como refuerzo en los conductores de las redes
de transmisión de energía eléctrica, nitrurado por implantación iónica ....................................................... 259
Técnicas electro-analíticas para determinar metales pesados a nivel de trazas ............................................ 260
Caracterización electroquímica del acero inoxidable martensítico 420 implantado con iones de nitrógeno . 261
Análisis de la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo esfuerzos del acero de baja aleación AISI
4140 implantado con iones de titanio y nitrógeno ...................................................................................... 262
Estudio comparativo de la adsorción e incorporación de un átomo de Sc e Y sobre AlN(0001) .................. 263
Producción de recubrimientos duros artificialmente modulados con un evaporador de arco en vacío.......... 264
Física de Superficies - SP .......................................................................................................................... 265
Transición de fase de primer orden en la formación de Patrones regulares sobre superficies ...................... 266
Propiedades ópticas de películas delgadas de oxinitruro de circonio depositadas mediante pulverización
catódica RF............................................................................................................................................... 267
Estudio de la estabilidad en adsorción de si sobre grafeno ......................................................................... 268
Crecimiento de películas delgadas de au en atmosfera reactiva de nitrógeno por medio de magnetron
sputering ................................................................................................................................................... 269
Películas Delgadas y Nanomateriales - TFN .............................................................................................. 270
Caracterización de películas delgadas de iton crecidas por evaporación ..................................................... 271
Estudio de películas delgadas de Cu2ZnSnS4 preparadas por evaporación secuencial ................................. 272
Caracterización de nanocristales de PbS anclados sobre nanotubos de carbono dopados con nitrógeno ...... 273
Patrón de difracción de películas nanométricas bajo la iluminación de un haz con momento angular orbital
con carga topológica entera ....................................................................................................................... 274
Nuevo comportamiento magnético en multicapas? .................................................................................... 275
Influencia de la capa buffer en el acoplamiento exchange spring de la tricapa NiFe/IrMn/Co..................... 276
Susceptibilidad magnética de un superconductor isotrópico: formalismo GL ............................................. 277
Estudio y caracterización de capas de (Ga,As) Mn depositadas por magnetrón sputtering RF .................... 278
Estudio sobre el efecto de la supersaturación en fase gaseosa sobre las transiciones morfológicas y
propiedades ópticas de las nanoestructuras de ZnO.................................................................................... 279
Tratamiento térmico con láser IR de películas de ZnO elaboradas por deposición por láser pulsado (PLD):
durante el crecimiento vs post-crecimiento ................................................................................................ 280
Método automatizado y de bajo coste para la producción localizada de nanoporos de estado sólido ........... 281
Efecto de la técnica de conformado de recubrimientos BixSiyOz obtenidos vía sol-gel y soportados sobre
sustratos de acero 316L ............................................................................................................................. 282
Evaluación del fenómeno de micro abrasión-corrosión en recubrimientos SiO2-TiO2- ZrO2 sintetizados a
partir del método sol-gel ........................................................................................................................... 283
Estudio tribocorrosivo de los recubrimientos multicapas [HfN/VN] n, depositados sobre acero AISI 4140 .. 284
Efecto del contenido de plata sobre la microestructura y comportamiento a la corrosión de los recubrimientos
de nitruro de titanio dopado con nanopartículas de plata TiN(Ag).............................................................. 285
Síntesis de nanopartículas de plata utilizando agentes reductores presentes en extracto de hojas de mangifera
indica ........................................................................................................................................................ 287
Fotodegradación de fenol usando un nanocompuesto multifuncional magnético/fotocatalítico ................... 288
Molienda de materiales a través de cavitación ultrasónica ......................................................................... 289
Efecto de la anisotropía estructural sobre las propiedades electrónicas de un punto cuántico bajo campos
magnéticos................................................................................................................................................ 290
Propiedades termoeléctricas de transporte a través de puntos cuánticos acoplados ..................................... 291
Caracterización mecánica de recubrimientos TiN, ZrN y multicapas de (TiN/ZrN) depositados por magnetrón
sputtering reactivo .................................................................................................................................... 292
Excitaciones de plasma en cristales fotónicos unidimensionales de aislantes topológicos dopados ............. 293
Estudio de nanocompuestos de YBCO-BZO e YBCO-BYTO depositados sobre sustratos CZO/YSZ ........ 294
Espectroscopia raman de películas delgadas de ZnMnO crecidas por ablación láser................................... 295
Polarización de intercambio en multicapas [Co/Pt]3/IrMn con acoplamiento bicuadrático .......................... 296
Formación de películas anódicas por oxidación electrolítica por plasma (PEO) sobre la aleación AA 2024-T3
................................................................................................................................................................. 297
Eliminar ID 310 (Posiblemente no Presenta) Preparación electroquímica y caracterización estructural de
películas delgadas de CuGaSe2 .................................................................................................................. 298
Influencia de la atmósfera de deposición en películas delgadas de BiFeO 3 obtenidas por pulverización
catódica .................................................................................................................................................... 299
Síntesis, caracterización morfológica y estructural de la aleación nanoestructurada Fe65Co35 ..................... 300
Oscilaciones ópticas cuánticas de la densidad de estados de electrones vestidos de fotones en una capa de
grafeno ..................................................................................................................................................... 301
Análisis de la influencia del voltaje aplicado y la velocidad de barrido en la técnica de oxidación local usando
microscopia de fuerza atómica .................................................................................................................. 302
Dos donadores acoplados en un anillo cuántico semiconductor: efecto de campos externos sobre el punto de
retorno ...................................................................................................................................................... 303
Análisis de los mecanismos de fuga de corriente en el sputtered-ion-reactivo y en la deposición-post-recocido
de Al2O3 en 4H-SiC.................................................................................................................................. 304
Influencia del espesor del BaTiO3 en las propiedades magnéticas de las bicapas de La 2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3
depositadas sobre SrTiO3 por pulverización catódica DC y RF .................................................................. 305
Síntesis y caracterización de nanocompositos de Au@Ag@rGO y su aplicación en la degradación de los
colorantes Naranja de Metilo y Rodamina B.............................................................................................. 307
Fabricación de un dispositivo basado en la resonancia de plamones de superficie integrado y alimentado
eléctricamente para aplicaciones de biosensores ........................................................................................ 308
Simulación computacional de una nueva fuente compacta autoresonante de rayos x basada en el modo
rectangular TE102....................................................................................................................................... 309
Wear and Corrosion/Oxidation - WCO...................................................................................................... 310
Efecto de CaCO3, pH, cloruros y sulfatos en la integridad de ductos enterrados ......................................... 311
Mejoramiento de la resistencia al desgaste del acero inoxidable 420 mediante el uso de un recubrimiento
dúplex nitruración por plasma y nitruro de titanio...................................................................................... 312
Recubrimientos de alúmina y dióxido de titanio depositados a través de rociado térmico ........................... 314
Ensuciamiento generado por un crudo pesado colombiano sobre un acero al carbono bajo condiciones de
precalentamiento....................................................................................................................................... 315
Análisis superficial y caracterización mecánica de películas delgadas de bisulfuro de tungsteno titanio WS2Ti depositadas por medio de magnetrón Co sputtering a diferentes concentraciones de titanio ................... 316
Influencia de la temperatura de nitruración en el desempeño electroquímico del acero 316L en solución
corporal simulada ..................................................................................................................................... 317
Análisis de falla rotor de cavidades progresivas con recubrimiento de cromo............................................. 318
Oxidación de superficies de cobre para aplicaciones térmicas .................................................................... 319
Efecto corrosivo de los tipos de terreno en los sistemas de puestas a tierras más usados (cobre y acero
inoxidable) para muestras de suelos locales de la ciudad de Tunja (Colombia) mediante técnicas
electroquímicas ......................................................................................................................................... 320
Evaluación electroquímica del comportamiento frente a la corrosión para acero estructural SAE 1005
expuesto a dos atmósferas diferentes (urbana e industrial) y comparación con mediciones gravimétricas de
corrosión atmosférica ................................................................................................................................ 321
Breve revisión de las técnicas y desafíos técnicos en el estudio del efecto del hidrógeno en aleaciones de
ingeniería .................................................................................................................................................. 322
Conferencista Magistral Invitado
Invited Keynote Speaker
Nanomateriales de plata: el difícil camino hacia su regulación
Silver nanomaterials: the tough path towards regulation
E D Méndez-Morales1
1
Laboratorio de Biomateriales, Instituto de Química Biológica, Facultad de Ciencias,
Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
E-mail: [email protected]
Resumen. Los avances académicos en relación a la síntesis y caracterización de los nanomateriles de
plata no han estado acompasados por el conocimiento de sus interacciones con el ambiente y los seres
vivos. Sin embargo, los nanomateriales de plata ya se encuentran diseminados en el mercado,
formando parte de productos comerciales de uso masivo. Las propiedades químicas de las
nanopartículas de plata son similares a las de los iones plata, por lo que es muy difícil poder distinguir
químicamente la presencia de unas y otros. ¿Cómo detectar entonces la presencia de nanomateriales de
plata en productos comerciales? Esta pregunta aún no tiene una respuesta concreta, y las agencias de
control a lo largo del mundo se encuentran trabajando denodadamente en el desarrollo de protocolos
confiables. En esta presentación repasaremos las propiedades fisicoquímicas de estos nanomateriales, y
las dificultades para el desarrollo de protocolos analíticos que permitan la regulación de los productos
comerciales que las contienen.
Abstract. Academic advances on the synthesis and characterization of silver nanoparticles have not
been encompassed by the knowledge of their interactions with the ambient and living beings.
However, silver nanomaterials are already present in commercial products of widespread use.
Chemical properties of silver nanoparticles are similar to those of silver ions, making very difficult to
chemically distinguish both forms. Hence, how can silver nanomaterials be detected in commercial
goods? This question is still unanswered, and control agencies along the world are actively working in
the development of applicable protocols. In our presentation, we will review the physicochemical
properties of these nanomaterials and the difficulties for the design of analytical procedures that allow
for the regulation of commercial products containing them.
El rol de los esfuerzos residuales en estructuras ingenieriles y
procesos de manufactura
The role of residual stress in engineering structures and
manufacturing processes
W Vesga-Rivera1 and F Brennan1
1
Cranfield University, Bedfordshire, UK
Resumen. A traves de los años una significante cantidad de investigaciones se han llevado a cabo con
el proposito de explicar el efecto de los esfuerzos residuales tanto en la integridad de componentes y
estructuras de ingenieria. Sin embargo, como resultado de los ultimos desarrollos tecnologicos
aplicados en los procesos de manufactura, un mejor entendiemiento y conocimiento sobre el impacto ó
efecto de los esfuerzos residuales y como ellos pueden incrementar la suceptibilidad al dano es
necesario. Los esfuerzos residuales pueden ser inducidos en los procesos de manufactura, tratamientos
termicos, soldadura o por cargas aplicadas en servicio los cuales pueden ser destructivos o beneficos
dependiendo del tipo de esfuerzos resultantes. El presente articulo esta orientado a describir los
principios y origenes de los esfuerzos residuales y como ellos podrian ser considerados beneficos o
peligrosos en componentes industriales o estructuras engenieriles dependiendo del tipo esfuerzos ya
sea en compresion o tension. Varios ejemplos y resultados son presentados junto con los metodos
actuamente utilizados para determinar esfuerzos residuales indicando sus limitaciones a fin de ilustrar
cual metodologia podria ser mas apropiada y economicamente viable cuando se requiere determinar
esfuerzos residuales.
Abstract. Over the years a considerable number of studies have been carried out to understand the
effects of residual on the structural integrity of components and structures. However, due to recent
developments in manufacturing processes, the significant effects of residual stresses and how they can
enhance damaged need to be better understood. Residual stresses can be introduced into components or
structures during manufacturing, heat treatment, welding processes and also by service loading in a
beneficial or a destructive way depending on the nature of residual stress fields. This article attempts to
delineate the principles and the origins of residual stresses along with the beneficial and harmful on
representative structures or industrial components relaying on whether they are tensile or compressive.
Various examples and results are presented, and several methods used for measuring residual stress are
discussed with their limitations with a view to illustrate the most reliable and cost effective approach
for conducting residual stress measurement.
Manufactura aditiva por arco de plasma transferido y alambre
Additive manufacture by plasma transferred arc and wire
S Rios1, S Williams1 and P Colegrove1
1
Cranfield University, Bedfordshire, UK
Resumen. Una tecnología nueva para la fabricación de grandes componentes estructurales en aleación
de titanio es la manufactura aditiva mediante deposición de alambre y plasma por arco transferido
(PTA). Permite reducir el uso de materia prima y el tiempo de espera. El desarrollo de esta tecnología
ha estado en el centro del programa de investigación WAAM-Mat de la Universidad de Cranfield, que
además involucra a múltiples socios industriales. Esta presentación describe al programa WAAM-Mat,
como un ejemplo de colaboración industria-academia y se enfoca en el estudio de torchas PTA para
esta aplicación. Además incluye algunos ejemplos de grandes componentes fabricados mediante este
proceso. Los principales resultados se relacionan con la interacción entre el diseño de la torcha, la
dinámica de la pileta líquida y las dimensiones del depósito de material. Como se esperaba, el diseño
de la torcha que mejor se aplica a este proceso difiere de aquel requerido para soldadura PTA.
Abstract. The deposition of titanium alloy wire in additive manufacture by Plasma Transferred Arc
(PTA) is a promising technology for the fabrication of large structural components, with important
savings in raw material and lead time. The development of this technology has been at the core of the
WAAM-Mat program at Cranfield University, involving multiple industrial partners. This paper
presents the WAAM-Mat program as an example of industry-academia collaboration and focuses on
the study of PTA torches for this particular application, including examples of large components
manufactured with this process. The main findings relate to the interaction between torch design, weld
pool dynamics and deposit dimensions. As expected, the torch design that best suits this process differs
from that required for keyhole welding.
Metodologías experimentales para la evaluación de la resistencia a
la fractura de laminados fibra-metal tipo GLARE
Experimental methodologies for fracture toughness evaluation of
GLARE fiber-metal laminates
E M Castrodeza1, F L Bastian1 and J E Perez-Ipiña2
1
Laboratory of Fracture Mechanics, Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro,
Brazil
2
Fracture Mechanics Group, National University of Comahue, Buenos Aires, Argentina
Resumen. Se desarrollaron Laminados de Fibra-Metal (FMLs) para aplicaciones aeronáuticas de la
Universidad Técnica de Delft, Países Bajos. La principal característica de esta familia de materiales
compuestos son sus muy bajas tasas de propagación de grietas por fatiga, en comparación con las
aleaciones tradicionales de aluminio (Al) aeronáutico Este singular comportamiento surge del puenteo
mecanismo de la fibra, que restringe la apertura de la grieta en la parte del ciclo de la carga de fatiga,
disminuyendo así la tasa de crecimiento de grietas bajo cargas cíclicas. Aunque estos laminados se
desarrollan básicamente aprovechando el mecanismo de transición, también presentan varias ventajas
sobre aleaciones monolíticas, es decir, alta resistencia específica y resistencia a la corrosión, caída de
rayos, impacto y penetración de la llama. Laminados de aluminio con fibra de vidrio reforzado
(GLARE) son reforzados por fibras continuas de vidrio S2 y se desarrollaron principalmente para
aplicaciones primarias (fuselajes, mamparas, etc.). Laminados comerciales tipo GLARE son
reforzados por fibras orientadas siguiendo las características de carga de la estructura y pueden ser
fabricados como hojas delgadas de dimensiones o bien similares a las de las aleaciones de Al
comerciales, o con dimensiones más grandes, incluyendo las formas de baja complejidad y los paneles
de doble curvatura. La aplicación más importante de los laminados de tipo GLARE es como una gran
parte de la parte superior del fuselaje del Airbus A380.
La aplicación en estructuras de los laminados GLARE exige un profundo conocimiento de un amplio
conjunto de propiedades mecánicas, incluyendo su resistencia a la fractura monótona.
Tradicionalmente, los ensayos de fractura monótonos son realizados en grandes y costoso agrietado
central de paneles (M(t)). Una metodología de prueba para evaluar la resistencia a la fractura de FMLs
basados en la mecánica de fractura elástico-plástico (J-Integral y CTOD δ5) usando pequeños C (T) y
especímenes SE (B) fue propuesto. El uso de pequeños especimenes de prueba presenta algunas
ventajas, que incluyen un menor costo del material y la posibilidad de realizar la prueba dentro de
cámaras ambientales normales. El objetivo fundamental es la introducción de una metodología
desarrollada y su aplicación a los laminados unidireccionales y bidireccionales GLARE, así como la
comparación de resultados con el M(T) tradicional (agrietado central de paneles) y pequeños
especímenes de C(T) (tensión compacta).
Abstract. Fiber-Metal Laminates (FMLs) were developed for aeronautical applications at the
Technical University of Delft, Netherlands. The main characteristic of this family of composite
materials is their very low fatigue crack propagation rates, when compared to traditional aeronautical
Al alloys. This singular behavior arises from the fiber-bridging mechanism, which restricts the opening
of the crack in the loading part of the fatigue cycle, thus diminishing the crack growth rate under cyclic
loading. Although these laminates were basically developed taking advantage of the bridging
mechanism, they also present several benefits over monolithic alloys, i.e. higher specific strength and
resistance to corrosion, lightning strikes, impact, and flame penetration. Glass-Fiber-Reinforced
Aluminum (GLARE) laminates are reinforced by continuous S2 glass fibers and were developed
mainly for primary applications (fuselages, bulkheads, etc.). Commercial GLARE laminates are
reinforced by fibers oriented following the loading characteristics of the structure and can be
manufactured as thin sheets of dimensions either similar to those of the commercial Al alloys, or with
larger dimensions, including low complexity shapes and double curvature panels. The most important
application of GLARE laminates is as large parts of the upper fuselage of the Airbus A380.
The application of GLARE laminates to structures demands a deep knowledge of a wide set of
mechanical properties, including their monotonic fracture toughness. Traditionally, monotonic fracture
tests are performed on large and expensive center cracked (M(T)) panels. A testing methodology to
evaluate the fracture toughness of FMLs based on elastic-plastic fracture mechanics (J-Integral and
CTOD δ5) and using small C(T) and SE(B) specimens was proposed. The use of small tests specimens
presents some advantages, which include lower material cost and the possibility of testing inside
normal environmental chambers. The objective of the keynote is to introduce the developed
methodology and its application to unidirectional and bidirectional GLARE laminates, as well as
compare results from traditional M(T) (center cracked panels) and small C(T) (compact tension)
specimens.
Gestión operativa de activos energéticos en alta mar
Operational management of offshore energy assets
A Kolios1 and M Martinez-Luengo1
1
Cranfield Energy, Cranfield University, Bedfordshire, UK
Resumen. Generalmente, los activos energéticos, especialmente los implementados en alta mar, están
sujetos a una gran variedad de duras condiciones operativas y medioambientales las cuales producen
un significativo deterioro en su funcionamiento y su capacidad estructural a lo largo del tiempo. El
objetivo de reducir el CAPEX en nuevas instalaciones ha cambiado, centrándose en la gestión
operacional para monitorizar y evaluar el funcionamiento de activos críticos; lo que asegura su
capacidad para el servicio durante toda su vida útil y también proporciona la información apropiada y
efectiva dirigida hacia la recalificación u otros tipos de escenarios de vida útil, optimizando el OPEX.
A lo largo de las últimas décadas, la industria de Oil&Gas en alta mar ha desarrollado e implementado
varios enfoques en gestión operacional de activos mediante Sistemas de Monitorización de la Salud
Estructural y Condición del Sistema (SHM/CM Systems); los cuales podrían ser transferidos a
instalaciones de energía renovable marina. Este trabajo tiene como objetivo resaltar las principales
diferencias entre los activos de Oil&Gas y los de energías renovables en alta mar, desde una
perspectiva orientada a la integridad estructural y a la fiabilidad; proporcionar una amplia visión de las
distintas metodologías disponibles y aplicables y por último, remarcar las ventajas que estos sistemas
implican en el funcionamiento eficiente de los activos de energías renovables.
Abstract. Energy assets and especially those deployed offshore are subject to a variety of harsh
operational and environmental conditions which lead to deterioration of their performance and
structural capacity over time. The aim of reduction of CAPEX in new installations shifts focus to
operational management to monitor and assess performance of critical assets ensuring their fitness for
service throughout their service life and also to provide appropriate and effective information towards
requalification or other end of life scenarios, optimizing the OPEX. Over the last decades, the offshore
oil & gas industry has developed and applied various approaches in operational management of assets
through structural health and condition monitoring (SHM/CM) systems which can be, at a certain
level, transferable to offshore renewable installations. This paper aims to highlight the key differences
between offshore oil & gas and renewable energy assets from a structural integrity and reliability
perspective, provide a comprehensive overview of different methodologies that are available and
applicable, and distinguish the benefits of such systems in the efficient operation of offshore energy
assets.
Una visión de desarrollo y caracterización
nanoestructurados para aplicaciones estructurales
de
aceros
A vision of development and characterization of nanostructured
steels for structural applications
H Jiménez1
1
Fundación para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología en el estado Bolívar /
Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre, Vice-rectorado
Puerto Ordaz, Venezuela
Resumen. Los beneficios que se derivan de la aplicación de la nanotecnología a escala industrial,
también ha inspirado a la industria siderúrgica y se adelantan numerosas investigaciones en el área de
los aceros nanoestructurados. El desarrollo de los aceros modernos se basa en la adaptación de la
estructura para lograr el perfil de propiedades requeridos, si bien históricamente esto se lleva a cabo a
nivel microestructural, existe ahora la tendencia de manipular la estructura a escala nanométrica o
atómica, mediante el diseño de aleaciones novedosas, aplicación de métodos de procesamiento
innovadores, empleo de técnicas de caracterización de avanzada, asistido por el diseño computacional.
El presente articulo, muestra una visión de los procesos más utilizados en la producción de los aceros a
nanoestructurados, las técnicas mas relevantes que han permitido revelar la estructura a nivel
nanométrica y las propiedades alcanzadas para aplicaciones estructurales. Los aceros
nanoestructurados exhiben niveles de resistencia mecánica extraordinarios, mejora en la resistencia al
desgaste y a la fatiga, pero su ductilidad se ve afectada, y los limita para ciertas aplicaciones. Los
grandes desafíos que experimentan los aceros nanoestructurados es la producción de grandes
componentes con buena combinación de resistencia mecánica, ductilidad y tenacidad, y a un costo
razonable.
Abstract. The benefits derived from the application of nanotechnology on an industrial scale, has also
inspired the steel industry and numerous inquiries into the area of nanostructured steels. The
development of modern steels is based on the adaptation of the structure to achieve the required profile
of properties, although historically it is performed at the microstructural level, there is now a tendency
to manipulate the structure or atomic nanometer scale by design of novel alloys, application of
innovative processing methods, use of advanced characterization techniques, assisted by computational
design. This article shows a view of the processes most commonly used in the production of
nanostructured steels, the most relevant techniques that have allowed reveal the structure at the
nanometer level and properties achieved for structural applications. Nanostructured steels exhibit
extraordinary levels of mechanical strength, improved wear resistance and fatigue strength, but its
ductility is affected and limited to certain applications. The major challenges experienced by
nanostructured steels is the production of large components with good combination of strength,
ductility and toughness, and affordable.
Sistemas UHV de sputtering reactivo para investigación de
procesos de fabricación en película delgada
UHV reactive sputtering systems for thin film manufacturing
process research
F Briones1 and I Fernandez2
1
Instituto de Microelectrónica de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(IMM-CSIC), Tres Cantos, Spain
2
Nano4Energy, Escuela Tecnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII-UPM) Madrid,
Spain
E-mail: [email protected] , [email protected]
Resumen. En la investigación de procesos de fabricación de películas delgadas de nuevos materiales
semiconductores y nano-estructuras multicapa para células fotovoltaicas entre otras aplicaciones, se
requieren sistemas de deposición por sputtering reactivo que garanticen, por una parte, la ausencia de
impurezas o contaminantes no intencionales durante el depósito de las películas e intercaras y por otra,
la posibilidad de secuenciar procesos sucesivos diferentes sin romper el vacío y escalar posteriormente
tales procesos a una fabricación industrial in line de dispositivos completos. Estos sistemas tienen
además que incorporar técnicas de caracterización y control in-situ, para asegurar la reproducibilidad y
el análisis de los puntos críticos de los procesos. Sobre la base de la experiencia previa de los autores,
en el campo de la tecnología MBE multicámara y sistemas de sputtering UHV, se presentan diversos
ejemplos concretos de aplicación a la fabricación de diferentes dispositivos: Células solares de QDs en
semiconductores III-V, detectores superconductores para telescopios de Rayos X en el espacio,
actuadores magnetoestrictivos para microscopía AFM en líquidos y multicapas para células CIGS y
seleniuros para dispositivos termoeléctricos.
Abstract. Research on thin film manufacturing processes of novel semiconductor materials, and
nanostructured multilayers for photovoltaic solar cells and other applications, requires specific reactive
sputtering deposition systems to ensure, on the one hand, the absence of unintentional impurities or
cross contaminants during film and interfaces growth. Moreover, these systems will require the ability
to sequence successive processes without breaking vacuum and then scaling such processes to in-line
industrial manufacturing of complete devices. Also, to ensure reproducibility and analysis of critical
points of the process, they might need to incorporate in-situ characterization and control techniques.
Based on the previous experience of the authors in the field of MBE technology and multi UHV
sputtering systems, concrete examples of application to the manufacture of different devices are
presented: QDs solar cells in III-V semiconductors, superconductor detectors for X-ray telescopes in
space, magnetostrictive actuators for AFM microscopy in liquids, multilayers for CIGS cells and novel
selenide based thermoelectric devices.
Tecnologías avanzadas para recubrimientos biomédicos sobre
compuestos de carbono
Advanced technologies for biomedical coatings on carbon
composites
P ATsygankov1, V A Medik2 and N S Gavrushenko3
1
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
2
NanoTechMedPlus LLC, Veliky Novgorod, Russia
3
Central Research Institute of Traumatology and Orthopedics, Moscow, Russia
Resumen. Hoy en día la tendencia de descartar de implantes metálicos y dispositivos a favor del uso
de materiales de carbono compuestos se manifiesta claramente en la medicina. Carbon siempre ha
atraído la atención de los médicos debido bioinertness y biocompatibilidad en la mayoría de sus
formas. El progreso en los últimos años en la industria ha permitido crear materiales compuestos de
carbono con propiedades mecánicas similares a los principales tipos de hueso, por lo que es
indispensable en prótesis y tratamiento de las lesiones. Sin embargo, las tecnologías más ampliamente
utilizadas como proporcionar recubrimientos especiales para la formación de osteoinducción y hueso y
para la saturación de la superficie por las drogas se han desarrollado para sustratos metálicos y no son
adecuados para los nuevos materiales de carbono. Esto desafía para el desarrollo de nuevos
recubrimientos de alta tecnología para los compuestos de carbono. La tecnología combinada de
formación de gruesas (hasta 100um) capas en compuestos de carbono que se caracterizan por la
porosidad necesaria y alta adherencia se presenta en este documento. Se utilizan las técnicas de haces
de iones y el pulso de gas de la detonación. Se discuten las características de estos métodos. Se
presentan propiedades mecánicas y resultados de la prueba de recubrimientos especiales en los
dispositivos médicos.
Abstract. Nowadays the tendency of discarding of metal implants and devices in favor of using of
composite carbon materials is clearly manifested in medicine. Carbon has always attracted the
attention of physicians due bioinertness and biocompatibility in most of its forms. Progress in recent
years in the industry has allowed creating carbon composites materials with mechanical properties
similar to the main types of bone, making it indispensable in prosthetics and treatment of injuries.
However, the most widely used technologies providing as special coatings for osteoinduction and bone
formation and for surface saturation by drugs have been developed for metallic substrates and are not
suitable for new carbon materials. This challenges for the development of new high-tech coatings for
carbon composites. The combined technology of forming of thick (up to 100um) layers on carbon
composites characterized by the necessary porosity and high adhesion is presented in this paper. The
ion-beam and pulse gas-detonation techniques are used. The features of these methods are discussed.
Mechanical properties and test results of special coatings on medical devices are presented.
Superficies modificadas y materiales nanoestructurados para
aplicaciones biomédicas: la física del plasma aplicada y la
instrumentación científica ayudan a resolver los problemas de la
ciencia de los materiales
Modified surfaces and nanostructured materials for biomedical
applications:
applied
plasma
physics
and
scientific
instrumentation helping to solve problems for materials science
A Mello1
1
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Rio de Janeiro, Brazil
Resumen. Superficies modificadas y recubiertas son objeto de una amplia investigación y aplicación
comercial en el área biomédica, especialmente en recubrimientos delgados de fosfato de calcio (CaP) y
la funcionalización superficial de implantes metálicos. Entre otros, el magnetrón sputtering (MS) y la
deposición por láser pulsado (PLD) son algunas de las muchas técnicas de deposición física de vapor
asistida por plasma para la producción de recubrimientos delgados biocompatibles y nanoestructurado.
El objetivo de esas superficies modificadas es mejorar principalmente la adherencia entre la superficie
de los materiales y los medios biológicos, como también promover la osteoinducción. Para evitar
varios reveses biológicos en procedimientos ortopédicos y ontológicos, recubrimientos de CaP
estables, estequiométricos y cristalinos deben ser depositados a temperatura ambiente. Para ello, los
nuevos diseños e instrumentación de sistemas MS han sido desarrollados para promover fuerte
confinamiento del campo magnético. La caracterización del plasma de estos nuevos sistemas MS han
demostrado la influencia de las bajas y altas ondas híbridas de resonancia de los iones y electrones del
plasma localizado en los gradientes de campo magnético. Esas ondas de resonancia parecen aumentar
la energía suministrada a los iones bombardeados, ayudando al crecimiento, cristalización y
estequiometria de las películas de CaP.
Abstract. Modified and coated surfaces is subject of a wide research and commercial application in
the biomedical area, especially in calcium phosphate (CaP) thin coatings and surface functionalization
of metallic implants. Among others, the magnetron sputtering (MS) and the Pulsed laser deposition
(PLD) are some of many techniques of plasma assisted physical vapor deposition for the production of
nanostructured and biocompatible thin coatings. The aim of those modified surfaces is mainly to
improve the adhesion between materials surface and biological media, as well as to promote
osteoinduction. To avoid several biological setbacks in orthopedic and ontological procedures,
stoichiometric, crystalline and stable CaP coatings should be deposited at room temperature. For that
purpose, new MS designs and instrumentation have been developed to promote strong magnetic field
confinement. The plasma characterization of those new MS systems have shown the influence of the
lower and high hybrid resonance waves from the plasma ions and electrons in localized magnetic field
gradients. Those resonance waves seem to increase the energy delivered to the sputtered ions, helping
the CaP film growing, crystallization and stoichiometry.
Diagnóstico de un plasma magnetizado para la fabricación de
películas de hidroxiapatita de alta calidad
Diagnostic of a magnetized plasma for the manufacturing for films
of high quality hydroxyapatite
E López-Meza1, A M Rossi1, R Galvão1 and A Mello1
1
Resumen. En este trabajo presentamos el estudio realizado en un magnetron sputtering de radio
frecuencia modificado (RF-MS) para diagnosticar las propiedades del plasma durante la fabricación de
películas de hydroxiapatita de alta calidad estructural. El sistema de sputtering usado tiene una
geometría en ángulo recto entre los magnetrones y el porta-muestras, además usa dos magnetrones
opuestos (cara a cara), de la cual produce un confinamiento magnético altamente intenso. La
hidroxiapatita (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) es muy usada para aplicaciones biomédicas de reparo óseo y
es un tema de extensa investigación, especialmente en recubrimientos de implantes y funcionalización
de superficies.
El diagnóstico del plasma producido de RF a partir de nuestro sistema de RF-MS (llamado magnetrón
sputtering de ángulo recto - RAMS) mostró diferentes producciones de resonancia de las ondas de la
cual esos efectos producen un incremento de la temperatura del plasma y consecuentemente de su
difusión (warm plasma). Nosotros asociamos los efectos de resonancia a la estructura de la
hidroxiapatita para la producción de las películas de alta calidad. El diagnóstico del plasma fue hecho
por espectroscopia de emisión óptica (OES), sonda Hall, Langmuir y Faraday. Además, para mostrar la
influencia de esas propiedades del plasma en los procesos de difusión en la formación de las películas
se realizó una simulación del campo magnético (B) y eléctrico (E) usando el software COMSOL
Multiphysics.
El procesamiento del plasmas durante la fabricación de películas finas producidas en el régimen de
bajas temperaturas (0.1 – 20 eV) y bajas presiones de trabajo (< 1 Torr) y el conocimiento de las
propiedades del plasma permiten establecer los procesos físicos implicados en la formación de las
películas, así como proponer y confirmar modelos experimentales y teóricos para la formación de
materiales.
Abstract. In this work we used a modified radio frequency magnetron sputtering (RF-MS) to diagnose
the plasma properties for fabrication of high structural quality hydroxyapatite films. The used
sputtering system have a geometry in right angle between magnetrons and substrate holder, besides use
two magnetron in face to face, which produce a high intensity magnetic confinement. Hydroxyapatite
(HA, Ca10(PO4)6(OH)2) is very use to biomedical application of bone repair and is theme of extended
research, especially in implant coating and surface functionalization.
The diagnosis of RF plasma produced from our RF-MS system (called right angle magnetron
sputtering, RAMS) showed different production of resonance waves which these effects produce an
increase of plasma temperature and consequently the plasma diffusion (warm plasma). We associated
the resonance effects to hydroxyapatite structure for film production of high quality. The plasma
diagnose was made from Hall, Langmuir and Faraday probe and optical emission spectroscopy (OES).
In addition, was made a simulation of magnetic (B) and electric (E) field acting in the RAMS plasma
by finite elements using COMSOL Multiphyics to show the influence of these plasma properties in the
diffusions processes in films formation.
Plasma processing for thin films fabrications are produced in the regime of low-temperature (0.1 – 20
eV) and low working pressures (< 1 Torr) and the knowledge of plasma properties may lead the
physical process implicated to film formation, as well as, propose and confirm experimental and
theoretical models of materials formations.
Superficies superhidrófobas producidos por plasma
Superhydrophobic Surfaces produced by plasma
R Antoun-Simão1
1
Programa de Engenharia Metalurgica e de Materiais (COPPE), Universidad Federal de Rio
de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
Resumen. Diferentes superficies poliméricas están siendo tratadas con plasma con el fin de inducir las
características hidrófobas y oleófobas en la superficie. Se observa que el hexafluoruro de azufre induce
hydrophization en la mayoría de las superficies de los polímeros, independientemente de esta fuente,
induciendo una mayor modificación de la superficie principalmente por reticulación y rugosidad. El
ángulo de contacto de hasta 150° con agua y 100° con diodomethane se obtuvo con materiales
compuestos a base de resina. Causas y consecuencias serán discutidas en la charla.
Abstract. Different Polymeric surfaces are being treated by plasma in order to induce surface
hydrophobic and oleophobic characteristics. It is observed that sulphur hexafluoride induces surface
hydrophization in most polymers, independently from its source, by inducing a major surface
modification by reticulation and roughness. Contact angle up to 150o with water and 100o with
diodomethane were obtained with resin based composites. Causes and implications of that will be
discussed in this talk.
Propiedades mecánicas y tribológicas de superficies, películas y
fibras en la micro y nanoescala
Mechanical and tribological properties of surfaces, films and
fibers at the micro and nano scales
S A de-Souza-Camargo1
1
Universidad Federal de Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
Resumen. En esta presentación se abordarán diferentes temas relacionados con las propiedades
mecánicas y tribológicas de superficies, películas y fibras en las escalas micro y nano. Se estudiaron
recubrimientos nanocompuestos carbón / sílice tipo diamante duro empleando la técnica de
nanoindentación estadística (SNT). Se muestreará que, contrariamente a lo que generalmente se
esperaba, la incorporación de nanopartículas de SiO2 en la matriz amorfa de películas de DLC puede
aumentar la dureza de las películas, dando lugar a nanorrevestimientos con valores de dureza cerca de
30 GPa. Películas de silicio que contiene carbono tipo diamante (DLC: SI) fueron depositadas como
recubrimientos resistentes al desgaste sobre polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE). Se
muestra que estos recubrimientos pueden aumentar la resistencia al desgaste en un factor de más de 6x
y la dureza de la superficie en más de 40x. Finalmente, se emplearon las técnicas de nanoindentación y
nanoscratch para estudiar las propiedades mecánicas y tribológicas de fibras naturales, en particular las
de cabello humano. El potencial de las técnicas experimentales empleadas se explorará y se discutirá
algunas aplicaciones.
Abstract. In this presentation different topics involving the mechanical and tribological properties of
surfaces, films and fibers at the micro and nano scales will be addressed. Hard diamond-like carbon /
silica nanocomposite coatings were studied employing the statistical nanoindentation technique (SNT).
It is shown that, contrary to what is generally expected, the incorporation of SiO2 nanoparticles into
the amorphous matrix of DLC films may increase the hardness of the films, giving rise to nanocoatings
with hardness values close to 30 GPa. Silicon containing diamond-like carbon (DLC:Si) films were
deposited as wear resistant coatings onto ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). It is
shown that these coatings may increase the wear resistance by a factor larger than 6x and the surface
hardness by more than 40x. Finally, the nanoindentation and nanoscratch techniques were employed to
study the mechanical and tribological properties of natural fibers, in particular those of human hair.
The potential of the employed experimental techniques will be explored and some applications will be
discussed.
Caracterización de barreras térmicas termorrociadas por plasma
Characterization of plasma-sprayed thermal barrier coatings
S Liscano1 and L Gil1
1
Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre, Vice-rectorado
Puerto Ordaz, Estado Bolívar, Venezuela
Resumen. Las barreras térmicas son sistemas recubiertos multicapas formados por un recubrimiento
cerámico que funciona como aislante térmico, una capa de enlace metálica que mejora la adherencia
del sistema al sustrato metálico y una capa intermedia de óxidos que crece a partir de la capa de anclaje
durante la exposición a las altas temperaturas, y que sirve de obstáculo al paso de especies corrosivas
hacia el sustrato que ingresan a través de las porosidades del recubrimiento cerámico. Aspectos como
la adherencia del recubrimiento al sustrato, microestructura, porosidad y microdureza del
recubrimiento ceramico y la morfologia de la capa de óxidos formada son determinantes en la vida util
de la barrera térmica. Para caracterizar cada uno de estos aspectos se utilizan una gran variedad de
técnicas que abarcan los espectros de analisis de imagen, comportamiento mecánico y electroquímico.
En este trabajo se describen las técnicas y procedimientos para caracterización y se presentan los
resultados de experiencias prácticas obtenidas a partir de recubrimientos barreras termicas fabricadas
por la técnica de termorrociado por plasma atmosferico.
Abstract. Thermal barriers consist in coated multilayer systems formed by a ceramic coating which
functions as thermal insulated, a metal bond coat that improves adhesion to the metal substrate and an
intermediate layer of oxide that grows from the anchoring layer during exposure to high temperatures,
and serves as a barrier to the passage of corrosive species to substrate across the porosity of the
ceramic coating. Aspects such as coating adhesion to the substrate, microstructure, porosity and
microhardness of ceramic coating and the morphology of the oxide layer formed at high temperatures,
are determinates in the useful life of the thermal barrier. To characterize each of these aspects a variety
of techniques ranging spectra image analysis, mechanical and electrochemical behavior are used. In
this work, techniques and procedures for characterization are described and the results of practical
experiences gained from thermal barrier coatings produced by thermal spraying technique by
atmospheric plasma, are presented.
Desarrollo de un sensor de gas de automoción de nanocompuesto
Development of a nanocomposite automotive gas sensor
S A Impey1, A Kelly1, Z Xing1, P Mitsev2 and J R Nicholls1
1
Manufacturing, Cranfield University, Bedford, UK
2
Sensata Technologies Inc., Sofia, Bulgaria
Resumen. En los últimos años, la legislación sobre las emisiones de automoción se ha introducido
rápidamente y se han convertido más estrictas. Los principales proveedores de la automoción han
intensificado los esfuerzos en la dirección de reducir la huella nociva de sus productos. Este está
siendo consumado en menor vía, mediante motores de combustión-interna diseñados más
óptimamente. Un medio fundamental para ello es la supervisión y control de la temperatura de los
gases de escape. Para permitir dicho control, un sensor producido en serie capaz de funcionar de forma
fiable en las duras condiciones de combustión de la automoción, que comprende un amplio espectro de
altas temperaturas, vibraciones fuertes y un ambiente químicamente agresivo, se ha utilizado
ampliamente en la última década, con las demandas de rendimiento que están creciendo
constantemente en línea con los avances del desempeño del motor.
Este trabajo describe la investigación realizada a través de una asociación de colaboración entre la
Universidad de Cranfield y Sensata Technologies, líder mundial e innovador de sensores y controles de
misión crítica. Se presenta visión general de la potencial tecnología para el diseñado y producción de
un novedoso sensor nanocompuesto utilizando materiales de una manera innovadora hacia la
industrialización para la solución de este tipo de detección. El diseño del sensor presentado
implementa el estado del arte en tecnología de película gruesa y delgada que incorpora nanomateriales
para mejorar la fuerza, la fabricación y las propiedades de rendimiento.
Abstract. In recent years, automotive emission legislation has been introduced and has rapidly become
more stringent. Leading automotive providers have intensified efforts in the direction of reducing the
harmful footprint of their products. This is being accomplished via smaller, more optimally designed
internal-combustion engines. A crucial means to that end is exhaust gas temperature monitoring and
control. To enable such control, a mass-produced sensor capable of operating reliably in the harsh
automotive combustion environment, comprising a broad spectrum of high temperatures, severe
shocks and a chemically aggressive ambient, has been used widely in the past decade, with
performance demands growing constantly in line with advances in engine performance.
This paper describes research undertaken through a collaborative partnership with Cranfield University
and Sensata Technologies, a world leader and early innovator in mission-critical sensors and controls.
The paper presents a technology overview of the potential of novel nano composite sensor design and
manufacture using materials in an innovative way towards industrialising such a sensing solution. The
presented sensor design implements the state-of-the-art in thick and thin film technology incorporating
nano materials for improved strength, fabrication and performance properties.
Recientes desarrollos en la industria de semiconductores: dos
casos de estudio
Recent developments in semiconductor industry: two case studies
J A Pérez-Taborda1, F Briones-Fernández-Pola1 and M Martín-González1
1
Functional Nanoscale Devices for Energy Recovery Group, Institute of Microelectronics of
Madrid (CSIC), Madrid, Spain
Resumen. Recientes estudios estiman que una economía mundial cuatro veces mayor que la de hoy
empleará 80% más energía en 2050; este consumo con una proporción de energía fósil cercana al 85%
es insostenible. Actualmente alrededor del 2% de la energía eléctrica producida en una central
convencional es aprovechada, el resto se pierde en forma de calor, en la central y en los procesos de
transporte. Es en este contexto donde recobra gran importancia las energías renovables y el aumento de
su eficiencia. Recientes avances en semiconductores pueden responder a estos desafíos industriales.
Presentamos recientes avances para nanoestructuras de Silicio Germanio como materiales
termoeléctricos recuperadores de calor en altas temperaturas y nanoestructuras de Nitruro de Aluminio
como sustrato para dispositivos piezoeléctricos empleados en forma de Sensores de Ondas Acústicas
(SAW). El uso de inyectores piezoeléctricos posibilita controlar, con enorme precisión, los tiempos de
inyección y la cantidad de combustible que se introduce en los motor a combustión lo que se traduce
en mejoras en consumo, prestaciones y rendimiento de los motores. Por otra parte el recuperar la
energía disipada en forma de calor convirtiéndola en electricidad con un generador termoeléctrico
podrían ahorrar hasta un 10% del consumo de combustible en los automóviles actuales.
Abstract. Recent studies predict a four times larger global economy that today employ 80% more
energy in 2050. Currently about 2% of the electricity produced in a conventional power plant is
harvested, the rest is lost as heat in the central and transport processes. It is in this context that recovers
important renewable energy and increasing efficiency. Semiconductor Materials may be an alternative
to such industrial challenges. Recent advances for nanodevices present Silicon Germanium as
thermoelectric materials heat recovery nanostructures at high temperatures and Aluminum Nitride as a
substrate for piezoelectric devices used as Sensors Acoustic Wave (SAW). Piezoelectric injectors may
help to control it more precisely the injection times and the amount of fuel that is inserted into the
combustion engine helping to reduce fuel consumption on the other hand vehicles. For recover the
energy lost as heat making electricity with a thermoelectric generator could save up to 10% in fuel
consumption.
Capacitancia espectroscópica: un nuevo
Bioelectroquímica y la electrónica molecular
Capacitance
spectroscopy:
a
new
bioelectrochemistry and molecular electronics
enfoque
para
approach
for
P R Bueno1
1
São Paulo State University, Brazil
Resumen. Exámenes de transferencia de carga y transporte en los sistemas moleculares utilizando
sondas metálicas artificiales sustentan no sólo acontecimientos fundamentales en nuestra comprensión
de la transferencia y el transporte de electrones, sino también de una amplia gama de captación de
energía, almacenamiento de datos, sensores y tecnologías electrónicas relacionados o basados con la
electroquímica. En este seminario se presenta un análisis capacitivo en las interfaces moleculares
artificiales (llamada Capacitancia Espectroscopica Electroquímica, ECS), que muestra y permite un
mapeo limpio tanto de las características cinéticas y termodinámicas de una sonda en sola ejecución
experimental dependiente del tiempo, con contribuciones electrostáticas parásitas (polarización y
términos de resistencia en serie) resueltos tanto espectralmente y limpiamente corregidos. La
metodología permite una cuantificación rápida y sin distorsiones de su densidad y de los estados
cuánticos moleculares accesibles (reportado directamente desde el término cuántico capacitivo), la
cobertura molecular de la superficie y la transferencia cinética de electrones con poco esfuerzo
experimental relativamente con esos enfoques clasicos de dos electrodos en no-equilibrio.
Ejemplificado aquí con electroactivos de proteína cobre y películas de ferroceno mesoscópicos el
método ECS es igualmente aplicable a cualquier interfaz activa electrón confinado molecularmente y
constituyen una vía abierta a los avances y en el entendimiento de la electrónica y la electroquímica
molecular y biomolecular.
Abstract. Examinations of transport and charge transfer in molecular systems using man made metal
probes underpin not only fundamental developments in our understanding of electron transfer and
transport but also a vast array of energy capture, data storage, sensors and related or based electronic
and electrochemistry technologies. In this seminar it is presented a capacitive analysis at man-made
molecular interfaces (named Electrochemistry Capacitance Spectroscopy, ECS), showing it enables a
clean mapping of both the thermodynamic and kinetic characteristics in a single probe time-dependent
experimental run, with parasitic electrostatic contributions (polarization and series resistance terms)
both spectrally resolved and cleanly corrected. The methodology enables a rapid and undistorted
quantification of accessible molecular quantum states and its density (reported directly from the
quantum capacitive term), molecular surface coverage and electron transfer kinetics with little
experimental effort comparatively to those of classical two-electrode non-equilibrium approaches.
Exemplified here with electroactive copper protein and ferrocene mesoscopic films the ECS method is
equally applicable to any molecularly confined electron active interface and constitute an open avenue
to advances and on the understanding of molecular and biomolecular electronics and electrochemistry.
Diseño y construcción de sustratos modificados con dendrímeros
para aplicaciones en electroquímica
Design and construction of dendrimer modified surfaces for
electrochemical applications
L A Godínez-Mora-Tovar1
1
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. Parque
Tecnológico Querétaro Sanfandila, Pedro Escobedo, Querétaro, México
Resumen. En esta presentación se discuten algunas aproximaciones para la modificación de electrodos
nano-cristalinos de dióxido de titanio y de gota de oro con dendrímeros PAMAM. Las interacciones de
estos polímeros anclados en la superficie del electrodo con una variedad de sustancias, resultan en
materiales con interfaces novedosas que pueden emplearse como detectores electroquímicos, como
electro-catalizadores, como celdas foto-electroquímicas de conversión de energía y como dispositivos
electro-crómicos.
Abstract. In this talk, the surface modification of TiO2 nano-crystalline semiconductor, as well as
clean gold electrodes, with different sized PAMAM dendrimers, is discussed. The specific interactions
between the surface anchored polymeric materials with different chemicals in the interphase, give rise
to novel modified electrodes for which electrochemical sensors, electro-catalysts, electro-chromic
devices, photo-electrochemical and fuel-cells and can be envisioned as possible technological
outcomes of this research.
Comprendiendo el reconocimiento molecular en procesos
electroquímicos acoplados con transferencia protónica: efectos de
sitio
Understanding molecular recognition during electrochemical
processes coupled with proton transfer: site-specific effects
C Frontana-Vázquez1
1
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC. Parque
Tecnológico Querétaro, Sanfandila, Pedro Escobedo, Querétaro, México
Resumen. Los eventos de transferencia electrónica en moléculas son reconocidos como determinantes
en la formación y estabilidad de intermediarios bioreactivos, de interés en el control de procesos
citotóxicos o como inductores de reacciones en disolución. Por ello, el empleo de técnicas
electroquímicas permite comprender y estudiar series de reacción. En años recientes, dichos estudios
han considerado la posibilidad de que existan transferencias protónicas, dado el cambio del estado de
carga entre las especies participantes en procesos redox, lo cual amplía el abánico de opciones de
reacción. En el grupo de trabajo se han estudiado sistemas donde la competencia de reacciones ocurre
mediante la formación de puentes de hidrógeno intramoleculares, intermoleculares, así como casos
donde ocurren transferencias completas del protón. El empleo de descriptores de reactividad, basados
en el concepto de electrofilicidad y usando funciones de Fukui, ha permitido comprender las series
reactivas observadas experimentalmente y describir fenómenos acoplados. En esta contribución, se
presentarán a manera de resumen resultados sobre estos estudios electroquímicos con hidroxiquinonas
de origen natural, así como con nitrocompuestos aromáticos e imidazólicos.
Abstract. Electron Transfer (ET) events are recognized as determinant during the formation and
stability of bioreactive intermediates, including those related to cytotoxic processes or thus inducing
further solution reactions. For understanding such events, electrochemical experiments are useful by
comparing reactive series. In recent years, this approach has considered also proton transfer reactions,
due to the changes in the charge inherently associated to ET. In the research group, different chemical
systems have been studied including those forming intra and intermolecular hydrogen bond, through
those presenting proton transfer. Employment of reactivity descriptors, based on Fukui functions, have
allowed rationalizing the experimental results and this strategy will be presented and discussed in this
work, using both quinone and nitrobenzene containing compounds of biological and chemical interest.
Ref. Electrochim. Acta 110 (2013) 628-633; Org. Biomol. Chem. 12 (2014) 6393-6398; J. Org. Chem.
79 (2014) 1131-137; Phys. Chem. Chem. Phys., 16 (2014) 8044-8050; J. Org. Chem., 79 (2014) 52015208.
De átomos a sólidos, como diseñar un material cristalino en una
computadora
From atoms to solids, how to design a cristal material in a
computer
A H Romero-Castro1, G Avendaño-Franco1, I Valencia1,2, C A Garcia1,2, S Singh1, O
Pavlov1, S Botti3, M Marques4, M Amsler5 and S Goedecker5
1
Physics Department, West Virginia, University, USA
2
CINVESTAV, Unidad Queretaro, Mexico
3
Institute fuer Festkoerpertheorie und optik, Jena University, Germany
4
Institute fuer Physik, Halle University, Germany
5
Physics Department, Universitaet Basseln, Germany
Resumen. En esta presentación, discutimos las diferentes metodologías usadas para realizar calculo
computacional para predicción de materiales. En particular, nosotros enfatizamos los esfuerzos de mi
grupo para establecer un método general para ejecutar investigación estructural de materiales de
manera automática de materiales combinando termodinámica, cálculos de estructura electrónica con
minería de datos, búsquedas de estructuras con métodos meta-heurísticas, dinámicos o aleatorios. Esto
nos lleva a la base del programa que hemos desarrollado para tal propósito, Pychemia. Nos enfocamos
mayoritariamente en los métodos dinámicos usando el método denominado salto entre minimos
inicialmente propuesto por Stefan Goedecker. Especialmente nosotros damos los antecedentes del
método y discutimos diversas aplicaciones de nuestra implementación. Ellas van desde simples
cristales monoatómicos con predicciones novedosas como en bismuto y antimonio a aleaciones
binarias, donde nuevas fases y composiciones han sido obtenidas como en el caso de BiSb, LiSi y
LiAu. SI el tiempo permite, presentaremos nuestros mas recientes esfuerzos en compuestos AXY y
cristales de fluoruros tipo perovskita.
Abstract. In this talk, we discuss the different methodologies used to perform computational high
throughput calculations. In particular, we spotlight the efforts in my group to develop a general set up
to perform automatic structural searches by combining thermodynamics, electronic structure
calculations with data mining, metaheuristic, dynamical and random structural searches. This will lead
to the basic of the software we have developed for such purpose, Pychemia. We focus mostly on
dynamical methods using the so-called Minima Hopping Method initially proposed by Stefan
Goedecker. Specially, we will provide the background of the method and discuss several applications
of our present implementation. Those will run from simple monoatomic crystals with novel predictions
as in Bi and Sb to binary alloys, where new phases and compositions have been obtained as in the case
of BiSb LiSi and LiAu. If time allows, we will present our most recent efforts on AXY compounds and
fluoride perovskites crystals.
Autoresonancia ciclotrónica espacial: pasado, presente y futuro
Spatial cyclotron autoresonance (SARA): past, present and future
A Herrera-Rodríguez1, E A Orozco2 and V D Dugar-Zhabon2
1
Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS), Germany
2
Universidad Industrial de Santander (UIS), Bucaramanga, Colombia
Resumen. Con el nacimiento de la física del plasma, se inicia un estudio formal del comportamiento
de partículas cargadas en campos electromagnéticos. Entre los fenómenos ocurridos en un plasma, la
Resonancia Ciclotrónica (RC) es uno de los que ha despertado gran interés en la comunidad científica.
Esta describe la interacción resonante del movimiento de partículas cargadas en presencia de un campo
magnético estático y sometidas a fuerzas externas originadas de campos eléctricos. Si se preservan las
condiciones de resonancia, la partícula puede acelerarse debido a la absorción de energía por parte del
campo eléctrico.
En particular, si las partículas aceleradas son electrones se le conoce como Resonancia Ciclotrónica
Electrónica (ECR), la cual se ha tomado como base para la construcción de dispositivos para generar
rayos X. Si las condiciones de RC se preservan a pesar del incremento de su masa relativista se
presenta la autoresonancia ciclotrónica electrónica, un fenómeno que ha sido investigado por
miembros del grupo FITEK (Grupo de Investigación en Física del Plasma y Corrosión de la
Universidad Industrial de Santander), un mecanismo denominado Spatial AutoResonance Acceleration
(SARA), o Aceleración Autoresonante Espacial; el cual consiste de una onda electromagnética
estacionaria y un campo magnetostático no homogéneo adaptado para mantener las condiciones de
resonancia.
En este método, el crecimiento del campo magnético a lo largo de la dirección de propagación del haz
permite el autosostenimiento de la igualdad entre la frecuencia ciclotrónica y la frecuencia de
microondas. La dinámica de este sistema se ha estudiado a través de simulaciones computacionales
donde los métodos numéricos que se han adaptado al modelo físico son: Particle-in Cell (PIC) o
Partícula en Celda para el estudio de sistemas de muchas partículas, y para el modelado de los campos
electromagnéticos el Método de Diferencias Finitas Dominio Temporales.
Los estudios que se han llevado a cabo de SARA constituyen un soporte teórico para diseñar y
construir una fuente de rayos X compacta, la cual sería capaz de producir rayos X de energía mayores
a 200 keV y de no menor intensidad a las fuentes convencionales
Abstract. A formal study of the behaviour of charged particles in the electromagnetic fields started
with the birth of plasma physics. Among the phenomena occurring in a plasma, Cyclotron Resonance
(CR) is one of that has arisen a great interest in the scientific community. It describes the resonant
interaction of motion of charged particles in the presence of a static magnetic field and subjected to
external forces originated from electric fields. If the resonance conditions are preserved, the particle
can be accelerated due to the absorption of energy by the electric field.
In particular, if the accelerated particles are electrons, it is known as Electronic Cyclotron Resonance
(ECR), which is taken as a basis for the construction of devices to generate X-rays. When the RC
conditions are preserved despite of the increase of the electron’s relativistic mass the electronic
cyclotron autoresonance is presented, a phenomenon which has been studied by members of the group
FITEK (Research Group of Plasma Physics and Corrosion at Universidad Industrial de Santander), a
mechanism named Spatial AutoResonance Acceleration (SARA); consisting of a steady
electromagnetic wave and a non-homogeneous magnetostatic field, adapted to maintain the resonance
conditions.
In this method, the growth of the magnetic field along the direction of the propagation of the beam
allows the self-reliance of the equality between the cyclotron and microwave frequencies. The
dynamic of this system has been studied through computer simulations, where the numerical methods
adapted to the physical model are: Particle-in Cell (PIC) for the studying many-particle systems and
Finite Difference Time Domain (FDTD) for modeling electromagnetic fields.
Studies that have been conducted using SARA constitute a theoretical basis to design and construct a
compact X-ray source, which would be able to produce X-rays of energy higher than 200 KeV and
intensity not less than the intensity of conventional sources.
Propiedades vibracionales y estructurales de los cristales de
aminoácidos
Vibrational and structural properties of amino acid crystals
P T Cavalcante-Freire1
1
Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Brazil
Resumen. Los aminoácidos son moleculas con funciones importantes en la vida humana. El estudio de
estos materiales en diferentes condiciones de temperatura y presión se ha realizado con el fin de
identificar nuevos polimorfos, con eventuales aplicaciones en la industria. Entre las técnicas
experimentales espectroscopia Raman e diffracción de rayos X pueden ser considerados como las
principales herramientas para descubrir nuevas simetrias de los cristales de aminoácidos. En este
informe se presentan los estudios realizados en varios aminoácidos de proteínas dando especial
atención a los cristales estudiados en el Departamento de Física de la Universidade Federal do Ceará:
L- e DL-alanina, L-valina, L-asparagina.H2O, L-metionina e L-leucina, entre otros. También se discute
il papel desempeñado por los enlaces de hidrógeno en la stabilidad de las estructuras cristalinas
utilizando la técnica de dispersión de neutrones.
Abstract. Amino acids are molecules with important functions in the human life. The study of these
materials under different temperature and pressure conditions has been performed in order to identify
new polymorphs, with eventual applications in industry. Among the experimental techniques Raman
spectroscopy and X-ray diffraction can be considered as the main tools to discover new symmetries
and polymorphs of the amino acid crystals. In this report we present studies performed on several
proteic amino acids, giving special attention to crystals studied in the Physics Department of
Universidade Federal do Ceará: L- and DL-alanine, L-valine, L-asparagine.H2O, L-methionine and Lleucine, among others. The role played by hydrogen bonds on the stability of some of the structures
through the use of neutron scattering measurements is also given.
Caracterización por simulación de las funciones de la proteína G
Characterization of the G-protein functions from simulation
M Louet1
1
University Paris Diderot, Equipe MTI, France
Resumen. Proteínas Heterotrimeric G, son constituidos por subunidades α, β y γ, son las primeras
actrices de la transducción de señales intracelulares e interactuan directamente acoplandose con la
proteina receptores G (GPCR). El heterotrímero es capaz de unirse ya sea formando una molécula de
GDP (estado inactivo) o una molécula de GTP (estado activo). El intercambio de nucleótidos es
desencadenado por la interacción de un GPCR activado y conduce a la disociación de todo el
heterotrímero en dos entidades independientes: la subunidad α y el complejo βγ que se encuentra
fuertemente unido. Ambas unidades se propagan aún más la señal en el compartimiento intracelular. El
objetivo es comprender mejor el mecanismo de activación de las proteínas G y GPCR mediante la
combinación de varias técnicas de mecánica molecular como la dinámica molecular (MD) y Análisis
de Modo Normal (NMA).
Primero se describira los grandes movimientos de amplitud de toda la heterotrímero de la proteína G
obtenida con un NMA. Luego se presentaran dos métodos desarrollados con el fin de seleccionar los
modos normales (NM) pertinentes en los sistemas biológicos y extraer una ligando (la GDP, en el caso
de la proteína G) fuera de la bolsa mediante el calculo computarizado por NM. Con estos dos nuevos
métodos, se va a demostrar que un movimiento concertado de la subunidad α promovería la apertura
de union de la bolsa de los nucleótidos y la liberacion de la GDP. Con el fin de perfeccionar los
resultados, diversas recostrucciones de perfiles energéticos se han realizado con varias GDP putativos
a lo largo de varias vías de salida. Por primera ves se propondra un mecanismo de ajuste fino para la
salida de la GDP a escala molecular y de aminoácidos claves putativos.
Adicionalmente, se presentara el modelo desarrollado para el proceso de disociación de la proteína
heterotrimeric G, la cual es un paso clave de activación en el ciclo de la proteína G.
Por último, se sentrara el interes en la GPCR: la proteína G compleja. Teniendo en cuenta lo anterior,
se presentara que la proteína G restringe drásticamente los movimientos de la GPCR. El movimiento
sobre-representado en la compleja ha permitido recuperar tambien varias estructuras cristalinas de
diferentes GPCRs. Lo anterior sugiere que este movimiento podría ser el movimiento de activación de
un GPCR putativo.
Abstract. Heterotrimeric G-proteins, constituted of α, β and γ subunits, are the first actresses of the
intracellular signal transduction and interact directly with G-protein Coupled Receptors (GPCR). The
heterotrimer is able to bind either a GDP molecule (inactive state) or a GTP molecule (active state).
The nucleotide exchange is triggered by the interaction with an activated GPCR and leads to the
dissociation of the whole heterotrimer into two independant entities: the α subunit and the tightly
bound βγ complex. Both units further propagate the signal into the intracellular compartment. We here
aim to better understand the activation mechanism of G-proteins and GPCR by combining several
molecular mechanics techniques such as Molecular Dynamics (MD) and Normal Mode Analysis
(NMA).
We will first describe the large amplitude motions of the whole G-protein heterotrimer obtained with a
NMA. We will present two methods we developed in order to select relevant Normal Modes (NM) in
biological systems and extract a ligand (in the G-protein case, the GDP) out of its binding pocket along
the computed NM. With these two new methods, we will show that a concerted motion of the α
subunit would promote the opening of the nucleotide binding pocket and the GDP release. In order to
refine our results, we performed free energy profiles reconstructions along several putative GDP exit
pathways. We propose for the first time a fine-tuned mechanism of GDP exit at the molecular scale
and putative key amino acids.
In addition, we will present our model of the heterotrimeric G-protein dissociation process, a key step
in the G-protein activation cycle.
Finally, we have been also interested in the GPCR: G-protein complex. We will present that the Gprotein constrains drastically the GPCR motions. The one over-represented motion in the complex has
been also retrieved in every crystallized structures of several different GPCRs. This suggests that this
motion could be the putative activation motion of a GPCR.
Modelaje computacional de biomateriales
Computer modeling of biomaterials
E R Cruz Chu1
1
Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS), Germany
Resumen. La mejora de las propiedades mecánicas de los materiales depende de la caracterización y
manipulación de la microestructura. Los recientes avances en nanotecnología deberían permitirnos
fabricar materiales de gran robustez mecánica, ya que los componentes pueden ser ajustados a escala
nanométrica. Sin embargo, las reglas usadas para predecir las propiedades mecánicas a nivel de macro
y micro escala no son siempre aplicables para las dimensiones de unos cuantos nanómetros. Las
fluctuaciones térmicas y los detalles atómicos juegan un rol importante en la escala nanométrica.
Felizmente, la naturaleza nos ofrece varios ejemplos de materiales ensamblados con nano
componentes: conchas, dientes, huesos y telas de araña combinan fases cristalinas y amorfas de
dimensiones nanométricas para producir materiales de gran robustez mecánica, superando a cualquier
material sintético.
En esta charla se presenta el método de Simulaciones de Dinámica Molecular como una herramienta
básica para el estudio de las propiedades mecánicas de biomateriales, a través de dos ejemplos. El
primer caso presenta la tela de araña. Las telas de araña están compuestas de cinco diferentes fibras; la
más fuerte es conocida como dragline, y forma las líneas radiales de la tela de araña. Presentaremos la
estructura atómica del dragline de la araña Nephila Clavipes modelada con simulaciones de dinámica
molecular. El sistema está compuesto de medio millón de átomos, combina fases cristalinas y amorfas,
y utiliza la exacta secuencia proteica. El segundo caso presenta la concha de nácar. El nácar es un
biocompuesto gran dureza y resistencia a la fractura, localizado en la parte interna de las conchas de
mar. Una peculiaridad controversial del nácar es la presencia de agujeros de unos cuantos nanómetros
de diámetro, también llamados nanoflaws, ya que estos agujeros deberían actuar como puntos de
iniciación de fractura, debilitando el material. En este trabajo presentamos la distribución de fuerzas
dentro del nácar. Nos enfocamos en como los nanoflaws afectan la ruptura del material, y comparamos
los resultados con aproximaciones macroscópicas. Los dos casos mencionados muestran el poder
predictivo de la Simulaciones de Dinámica Molecular, tanto para confirmar resultados experimentales,
como para proponer nuevas alternativas teóricas y experimentales.
Abstract. Improving the mechanical properties of materials relies on the characterization and control
of their microstructure. Recent advances in nanotechnology should allow us to tune materials even
further, as the components can be adjusted up to nanoscale level. However, the common rules used to
predict mechanical properties at the microscale do not fully apply within the dimensions of
nanometers. Thermal fluctuations and atomic details play an important role at the nanoscale.
Fortunately, nature offers us several examples of materials build from nanoscale components: Shells,
tooth, bones, and spider webs combine crystalline and amorphous phases, resulting in mechanically
robust materials, surpassing their synthetic counterparts.
In this talk, I will present the method of Molecular Dynamics Simulations as a basic tool to study
mechanical properties of biomaterials through two case studies. The first case presents spider web.
Such webs are composed of about five different fibers; the strongest is known as dragline, forming the
radial lines in the web. I will introduce the atomic structure of dragline fiber from Nephila Clavipes,
which was build using Molecular Dynamics Simulations. The system is composed of about half
million atoms, integrates amorphous and crystalline phases, and contains the precise aminoacid
sequence. The second case presents the nacre shell. Nacre is a biocomposite of great toughness and
resistance to fracture located at the inner part of sea shells. A controversial feature is the presence of
flaws few nanometers wide, so called nanoflaws. It has been thought that such flaws should act as
fracture points, weakening the material. I will present the Force Distribution Analysis within Nacre,
focusing on how nanoflaws affect rupture, and comparing the simulation results with macroscopic
predictions. Both cases show the predictive power of Molecular Dynamics Simulations to confirm
experimental results as well as to propose novel theoretical/experimental tests.
Fabricación de la cámara de tercera generación para mediciones
de CMB en el telescopio del Polo Sur
Fabrication of the third generation CMB camera for the South
Pole telescope
C M Posada1 and SPT - 3G Collaboration2
1
Materials Science Division, Argonne National Laboratory, Argonne, USA
2
SPT - 3G
Resumen. Desde su descubrimiento, la radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en
inglés) ha jugado un papel importante áreas como cosmología y física de partículas. En este sentido, la
medición de la radiación de fondo de microondas es liderada por la innovación en el desarrollo de
detectores. La frontera del desarrollo de detectores de CMB se centra en el mejoramiento de detectores
volumétricos basados en sensores de transición superconductora (TES, por sus siglas en inglés). En la
actualidad, la tecnología más competitiva de detectores de CMB utiliza líneas de transmisión
superconductoras tipo microstrip para llevar la radiación a detectores del tipo TES. El desarrollo de
microstrip de pérdidas bajas hace posible el uso de filtros en línea para la definición de los pasos de
onda del detector, permitiendo la fabricación de pixeles con sensores multicolor. En este sentido, este
trabajo presenta las actividades desarrolladas en Argonne National Laboratory para la fabricación de la
tercera generación de la cámara empleada en el Telescopio del Polo Sur para realizar mediciones de
CMB, denominada SPT - 3G. Estas actividades incluyen múltiples técnicas de microfabricación, como
pulverización catódica reactiva, pulverización catódica de magnetrón, grabado de iones reactivos,
deposición química de vapor, y litografía óptica, entre otras. En general, la cámara SPT - 3G está
compuesta de un arreglo de ~2700 píxeles multicolor. Cada pixel tiene 6 detectores que miden tres
bandas diferentes, 90 GHz, 150 GHz y 220 GHz, y dos polaridades; para un total de ~16000
detectores.
Abstract. Since its discovery, the cosmic microwave background (CMB) has played a pivotal role in
cosmology and particle physics. As such, CMB science is led by detector innovation. The frontier of
CMB detector development is focused on improving bolometric detectors based on Transition Edge
Sensors (TES). Currently, the most competitive CMB detector technologies utilize superconducting
microstrip lines to couple radiation on to TES bolometers. Developing low loss microstrip technology
makes possible to use in - line filters to define optical detector pass bands, allowing for the fabrication
of multi-chroic pixels. In this sense, this work presents the microfabrication activities being carried out
at Argonne National Laboratory for the development of the third generation camera, SPT - 3G, for
CMB measurement s in the South Pole Telescope. These development activities include multiple
microfabrication techniques, such as: reactive sputtering, magnetron sputtering, reactive ion etching,
chemical vapour deposition, and optical lithography, among others. In general, the SPT - 3G camera is
composed of an array of ~2700 multi-chroic pixels. Each pixel has 6 detectors that measure three
bands, 90GHz, 150GHz and 220G Hz in two polarizations; for a total of ~16000 detectors.
Revestimientos Biomédicos y Tratamientos Superficiales - BCST
Biomedical Coatings and Surface Treatments - BCST
Adhesión de células HOS a superficies de Ti6Al4V patronadas por
grabado láser
HOS cell adhesión on Ti6Al4V surfaces patterned by laser
engraving
A Sandoval-Amador1, H Carrerño-Garcia2, P Escobar-Rivero2, D Y Peña-Ballesteros1
and H A Estupiñan-Duran3
1
Grupo de investigaciones en corrosión (GIC), Universidad Industrial de Santander (UIS),
Bucaramanga, Colombia.
2
Centro de investigaciones en enfermedades tropicales (CINTROP), Universidad Industrial
de Santander (UIS), Bucaramanga, Colombia.
3
Grupo de tribología y superficies (GTS), Universidad Nacional de Colombia, Medellín,
Colombia.
Resumen. La adhesión celular de un material de implante está condicionada por la composición
química, la topografía, la humectabilidad, la energía superficial y la biocompatibilidad del biomaterial.
El objetivo de este trabajo es evaluar la interacción entre las células de osteosarcoma humano (HOS) y
la superficie de Ti6Al4V patronada por grabado láser. Las superficies de Ti 6Al4V fueron patronadas
empleando un láser de CO2, obteniendo spots circulares sobre la superficie. Las células HOS fueron
cultivadas en medio RPMI-1640 suplementado con suero fetal bovino 10% y antibióticos, en un
período de 3, 5 y 7 días. Las superficies patronadas no resultaron ser tóxicas para las células y no se
logró observar una diferencia significativa en la adhesión celular entre las diferentes superficies
evaluadas.
Abstract. The cell adhesion of the implant material is determined by the chemical composition,
topography, wettability, surface energy and biocompatibility of the biomaterial. The aim in this work is
to evaluate the interaction between human osteosarcoma cells (HOS) and Ti 6Al4V surfaces patterned
by laser engraving. The Ti6Al4V surfaces were patterned using a CO2 laser obtaining circular spots on
the surfaces. The HOS cells were cultivated in RPMI -1640 medium supplemented with 10% fetal
bovine serum and antibiotics in a period of 3, 5 and 7 days. As a result, the patterning surfaces did not
result toxic for cells and it was not possible to observe significant differences between the surfaces
evaluated.
Diseño de recubrimientos sol-gel sobre aleaciones de magnesio
empleadas en la fabricación de implantes ortopédicos
Design of sol-gel coatings on magnesium alloys employed in the
manufacture of orthopaedic implants
L Rueda1, C Nieves1, C A Hernández-Barrios1, A Coy1 and F Viejo2
1
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales, Universidad Industrial de
Santander, Bucaramanga, Colombia
2
Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,
Colombia
e-mail: [email protected]
Resumen. En el presente estudio se sintetizaron recubrimientos híbridos vía sol-gel con el fin de
mejorar la resistencia a la corrosión de diferentes aleaciones de magnesio con potencial aplicación en
el diseño de implantes ortopédicos de uso temporal. La síntesis de los soles se realizó a partir de una
mezcla de precursores de películas inorgánicas, TEOS, y orgánicas, GPTMS, empleando etanol como
solvente y ácido acético diluido como medio catalizador. La caracterización de los soles se realizó
mediante medición de pH, ensayos reológicos y espectroscopía infrarroja (FTIR) para diferentes
tiempos de envejecimiento. Los recubrimientos fueron caracterizados microestructuralmente
empleando microscopia electrónica de barrido y medición de ángulo de contacto, mientras que la
resistencia a la corrosión fue evaluada mediante ensayos electroquímicos de polarización anódica
potenciodinámica en solución SBF a 37± 2°C. Los resultados del presente trabajo confirmaron que,
bajo ciertas condiciones de síntesis, se obtienen recubrimientos sol-gel uniformes, homogeneos y sin
evidencia de agrietamiento y que incrementan la resistencia a la corrosión al reducir la densidad de
corriente de corrosión en dos órdenes de magnitud respecto a la aleación base.
Abstract. In the present work hybrid sol-gel coatings were synthesized on different magnesium alloys
with potential interest in the fabrication of orthopaedic implants. Hybrid sols were obtained from a
mixture of inorganic precursor, TEOS, and organic, GPTMS, employing ethanol as solvent and acetic
acid as catalyst. The characterization of the sols was performed using pH measurements, rheological
tests and infrared spectroscopy (FTIR) for different ageing times. On the other hand, the coatings were
characterized by scanning electron microscopy (SEM) and contact angle measurements, while the
corrosion resistance was evaluated using anodic potentiodynamic polarization in SBF solution to 37±
2°C. The results confirmed that, under specific conditions, uniform and homogeneous sol-gel coatings
were obtained, with no evidence of cracking, and which enhanced the corrosion resistance so that the
corrosion current density was reduced in about two orders of magnitude with regard to the parent alloy.
Análisis de recubrimientos biocompatibles de hidroxiapatita sobre
acero 316L obtenidos mediante técnicas electroquímicas
Analysis of biocompatible hydroxyapatite coatings on 316l
stainless steel obtained through electrochemical techniques
B Segura-Giraldo1,2, L R Giraldo-Torres1,2 and F N Jiménez-García1,2
1
Universidad Autónoma de Manizales, Colombia
2
Universidad Nacional de Colombia, Colombia
Resumen. En este trabajo se presenta el estudio realizado en la obtención de recubrimientos de
Hidroxiapatita (HAp) sobre acero 316L empleando un potenciostato convencional y un prototipo de
potenciostato desarrollado. Se realiza inicialmente análisis por voltametría cíclica con el potenciostato
convencional para determinar las condiciones adecuadas de la solución. Con estas condiciones se
obtuvieron recubrimientos de HAp sobre acero 316L a diferentes potenciales en el rango determinado
por voltametría cíclica de -0,6V a -1,7V, dejando el tiempo de deposición en 30 minutos y la solución
a temperatura ambiente. Se encontró que la mejor condición de potencial está en -1,2V de acuerdo a
los resultados de FTIR y XRD para estos recubrimientos, lo cual concuerda con resultados de la
literatura. Seguidamente se obtuvieron películas de HAp sobre Acero 316L mediante el prototipo de
potenciostato desarrollado, usando las condiciones de la solución precursora ya definidas. El potencial
para el crecimiento de los recubrimientos se varió de -0,6V a 3,0V, definiéndose como potencial
óptimo de trabajo -1,4V de acuerdo a los resultados de FTIR y XRD de los mismos. Se analizó además
el tiempo de deposición variando desde 15 hasta 90 minutos, encontrándose que a mayor tiempo el
recubrimiento es más homogéneo y más grueso. Finalmente se realizan pruebas de biocompatibilidad
de los recubrimientos obtenidos sometiéndolos a una prueba de conteo de plaquetas durante 24 horas;
el análisis se realizó a través de las imágenes SEM, antes y después de la prueba de biocompatibilidad
empleando un control de acero 316L sin recubrir. Se encontró que los recubrimientos disminuyen los
procesos de adherencia de las plaquetas al sustrato favoreciendo su biocompatibilidad.
Abstract. In this work is presented a study on obtaining Hydroxyapatite (HAp) coatings on stainless
steel 316L with a conventional potenciostat and a developed prototype potenciostat. Initially, an
analysis was performed by cyclic voltammetry with the conventional potentiostat to determine the
appropriate conditions for the solution. With these conditions HAp coatings were grown on stainless
steel 316L at different potentials on the range determined by cyclic voltammetry (from -0,6V to 1,7V), keeping the deposition time at 30 minutes and the solution at room temperature. It was found
that the best condition of potential was -1,2V, based on the results of FTIR and XRD of these coatings,
which agrees with results from literature. Then HAp coatings on 316L stainless steel were obtained by
the developed prototype potentiostat, using the conditions of the precursor solution as defined. The
potential for the coating growth was assorted from -0,6V to 3,0V, being defined as optimum working
potential -1,4V according to FTIR and XRD results of these coatings. The deposition time from 15 to
90 minutes was also analyzed, finding that by longer deposition time the coating is more uniform and
thicker. Finally, a study of biocompatibility was performed. The films were subject to the test platelet
count and analysis by SEM images before and after the test with a control of a 316L sheet without
coating were made. It was found that the coating decreases the platelet adhesion processes to the
substrate thereby favoring their biocompatibility.
Influencia de las nanopartículas de plata en el efecto citotóxico y
biocida de los recubrimientos compuestos de TaN(Ag)
Influence of silver nanoparticles on cytotoxic and biocide effect of
composite TaN(Ag) coatings
A M Echavarría1, G Bejarano G1 and S Robledo2
1
Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo de Materiales (CIDEMAT), Facultad de
Ingeniería, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
2
Programa de Estudio y Control de Enfermedades Tropicales (PECET), Facultad de
Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. Las nanopartículas de plata se han utilizado como dopante en recubrimientos compuestos
para mejorar la resistencia al desgaste y el efecto biocida, debido a sus propiedades de auto-lubricación
y efecto antibacterial. Sin embargo, la efectividad bactericida de las nanopartículas de plata en el largo
plazo depende de su tamaño, distribución y densidad en la matriz del recubrimiento. Este trabajo está
enfocado en determinar la influencia del contenido de plata y del ciclo de tratamiento térmico de los
recubrimientos de TaN(Ag), en la forma, tamaño, distribución y densidad de las nanopartículas de
plata en la matriz TaN y en los efectos bactericida y citotóxico contra la bacteria Pseudomona
aeruginosa y células osteoblásticas respectivamente. Los nanocompuestos de TaN(Ag) fueron
depositados sobre sustratos de acero 316L mediante la técnica dual gun magnetron cosputtering,
usando un blanco de Ta y con una variación en la potencia blanco de Ag entre 30 y 50W. Las muestras
con recubrimiento fueron sometidas a un tratamiento térmico adecuado para permitir una difusión
controlada de las nanopartículas de plata a la superficie. La topografía superficial, la microestructura,
la composición química y la formación de fases fueron analizadas por SEM, EDX y XRD
respectivamente. Se eligió la bacteria Pseudomona auruginosa para análisis antibacterial in-vitro de los
recubrimientos, mientras que para la evaluación de citotoxicidad se seleccionaron células
osteoblásticas humanas. Acorde con el ensayo MTT para la evaluación de la citotoxicidad y el test de
retención bacteriana, la biocompatibilidad y el efecto bactericida y de TaN(Ag) mejora con el
incremento del contenido de nanopartículas de plata obteniendo el mejor desempeño para la muestra
recubierta con 70W de Ag. De la misma forma el efecto bactericida de los nanocompuestos mejoró
debido a la aglomeración y crecimiento de las nanopartículas de plata. Todas las muestras con
recubrimiento exhibieron una mayor biocompatibilidad y altos niveles antibacteriales que los sustratos
sin recubrir. Sin embargo, el contenido de plata y el ciclo de tratamiento térmico de los recubrimientos
TaN(Ag) deben ser optimizados, para controlar la liberación de iones plata según los niveles
internacionales permitidos.
Abstract. Silver nanoparticles have been used as dopant in composite coatings to improve wear
resistance and biocide effect, due to their self-lubrication and antibacterial effect. However, the long
term bactericidal effectiveness of silver nanoparticles depends on their size, distribution and density in
the coating matrix. This work was focused on determining the influence of silver content and heat
treatment cycle of the TaN(Ag) coatings on the shape, size, distribution and density of silver
nanoparticles in the matrix of TaN, and on the cytotoxicity and bactericidal effect of the composite
coating against human osteoblast cells and bacteria Pseudomona aeruginosa respectively. The
TaN(Ag) nanocomposites were deposited on to 316L steel substrates by the dual gun magnetron
cosputtering technique using Ta target, with a variation between 30 and 50W of Ag target. The coated
samples were subjected to an appropriated heat treatment to allow a controlled diffusion of the silver
nanoparticles to the surface. Surface topography, microstructure, chemical and phase composition
were analyzed by SEM, EDX and XRD, respectively. Pseudomonas aeruginosa was chosen for in vitro
anti-bacterial analysis of the coatings, whereas human osteoblast cells were selected for evaluation of
cytotoxicity and biocompatibility. According to the MTT assay and bacteria retention tests the
biocompatibility and bactericidal effect of TaN(Ag) improved with increasing silver nanoparticles
content, obtaining the best performance for the sample coated with 70 W applied to the Ag-Target.
Likewise, the bactericidal effect of the nanocomposite improved, due to the agglomeration and growth
of silver nanoparticles. All coated AISI 316L steel samples showed greater biocompatibility and higher
antibacterial level than the uncoated samples. However, the silver content and heat treatment cycle of
the composite TaN(Ag) coatings must to be further optimized, to control the silver ion release to the
international permitted levels.
Evaluación de la resistencia a la corrosión de recubrimientos
híbridos sol-gel multicapa depositados sobre el acero inoxidable
austenítico AISI 316L
Corrosion resistance of multilayer hybrid sol-gel coatings
deposited the AISI 316L austenitic stainless steel
Y T Caballero1, E A Rondón1, L Rueda2, C A Hernández-Barrios2, A Coy2 and F Viejo1
1
Colombia
2
E-mail: [email protected] , [email protected] , [email protected]
Resumen. En el presente estudio se realizó la síntesis de recubrimientos híbridos sol-gel multicapa
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 como medio catalizador. Se prepararon soles a
diferentes tiempos de envejecimiento de cuyo estudio se seleccionó la mejor condicion para el diseño
de recubrimientos multicapa. La caracterización de los soles se realizó mediante medición de pH,
ensayos reológicos y espectroscopía infrarroja (FTIR). Los recubrimientos fueron caracterizados
empleando microscopia electrónica de barrido y medición de ángulo de contacto, mientras que la
resistencia a la corrosión fue evaluada mediante polarización anódica potenciodinámica en solución
SBF a 37± 2°C. Los resultados del presente trabajo confirmaron que la síntesis sol-gel con precursores
TEOSGPTMS permite obtener recubrimientos homogéneos y continuos que incrementan la resistencia
a la corrosión del acero inoxidable en medios fisiológicos simulados, reduciendo la densidad de
corriente de corrosión en aproximadamente un orden de magnitud y ampliando el rango de pasivación
del material. Por otro lado, el diseño de recubrimientos multicapa permite incrementar el espesor y,
consecuentemente, las características protectoras del mismo.
Abstract. In the present work multilayer hybrid sol-gel coatings were synthesized on different AISI
316L austenitic stainless steel with potential interest in the fabrication of orthopaedic implants. Hybrid
sols were obtained from a mixture of inorganic precursor, TEOS, and organic, GPTMS, employing
ethanol as solvent, and acetic acid as catalyst. The characterization of the sols was performed using pH
measurements, rheological tests and infrared spectroscopy (FTIR) for different ageing times. On the
other hand, the coatings were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and contact angle
measurements, while the corrosion resistance was evaluated using anodic potentiodynamic polarization
in SBF solution to 37± 2°C. Different sols were prepared varying the ageing time, which study allowed
obtaining the best condition to perform the multilayer coatings. The results confirmed that sol-gel
synthesis employing TEOS-GPTMS systems produces, under specific conditions, uniform and
homogeneous coatings, which enhanced the corrosion resistance, with reduced corrosion current
density and extended passive range, both with regard to the parent alloy. The latter results were more
remarkable by applying more than one layer (multilayer coatings).
Superficies nanoestructuradas de Ti6Al4V mediante síntesis por
irradiación dirigida (DIS) para estimulación celular
Nanostructured surfaces of ti6al4v by directed irradiation
synthesis (dis) for cells stimulation
J Pavón1, O El-Atwani2, S Arias3, L M Reece4 and J P Allain3
1
Group of Advanced Biomaterials and Regenerative Medicine, BAMR, Bioengineering
Program, University of Antioquia, Colombia
2
School of Nuclear Engineering, Purdue University, IN, USA
3
Department of Nuclear, Plasma and Radiological Engineering, College of Engineering,
University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
4
Birck Nanotechnology Center, Purdue University, IN, USA
Resumen. El daño en los tejidos humanos es uno de los problemas de salud pública más importante, el
cual frecuentemente compromete la calidad de vida de los pacientes. En el caso de los daños del tejido
óseo, se reconoce ampliamente que las aleaciones de titanio grado médico, como la Ti6Al4V, es el
mejor biomaterial clínico para su reemplazo; esto se debe básicamente a su excelente balance entre sus
propiedades biomecánicas y su alta biocompatibilidad. En este trabajo hemos obtenido, por primera
vez, diferentes nanoestructuras superficiales sobre Ti6Al4V grado médico mediante la síntesis por
irradiación dirigida (DIS); estas nuevas superficies fueron evaluadas biológicamente a través de la
respuesta de una línea celular de músculo suave humano aórtico (HASMCs), para evaluar el potencial
para otros tejidos. Esta línea celular fue utilizada específicamente para la evaluación de la citotoxicidad
y de la morfología y cambios celulares en contacto con las nuevas superficies. Los resultados de
comportamiento celular no muestran ningún efecto en la biocompatibilidad del Ti6Al4V, exhibiendo
un aumento en el número de filipodios y lamelipodios celulares; estos factores se reconocen como
buenos indicadores de la mejor adhesión celular. Interesantemente, la respuesta favorable de las células
con las nuevas superficies nanoestructuradas muestra una estrecha relación con el ángulo de incidencia
de los iones Argón (Ar +) y, por tanto, con las diferentes nanoestructuras producidas. Los
mejoramientos en la adhesión celular, especialmente con respecto al incremento de la actividad de
filipodios, se presentan directamente relacionados con la prevalencia de los nano-ripples y, por tanto,
con los ángulos de incidencia de los iones de irradiación para los cuales prevalece un régimen difusivo.
Abstract. Damage of human tissues is one of the most important public health problems that often
compromise life quality of patients. In case of bone tissue damages, is widely recognized that a
medical grade of titanium alloys, like Ti6Al4V, is the best clinical biomaterial for its replacement,
basically due to its good balance between its biomechanics features and its high biocompatibility. In
this work we have obtained, by the first time, different surface nanostructures on medical grade
Ti6Al4V by using directed irradiation synthesis (DIS); these new surfaces were biologically tested
through the response of human aortic smooth muscle (HASM) cell line, to have a sense of potential
application to other tissues. This cell line was specifically used for cytotoxic assessment and for
evaluating morphological and adhesion changes of cells, in contact with the new surfaces. Cells
behavior results shown not only an unaltered biocompatibility of the new nanostructured surfaces of
Ti6Al4V, but also important improvements in number of filopodia and lamellipodia activity of cells;
these are accepted as good indicators of improvement of cells adhesion. Interestingly, the favorable
cells response to new surfaces was in a narrow relationship with incidence angle of Argon (Ar+) ions,
and with the different surface nano-patterns as well. Improvements of cell attachments, especially in
regards to filopodia activity, were directly related with nano-ripples prevalence and, therefore, with
incidence angle, which followed a diffusive regime during ions beam irradiation.
Síntesis por irradiación dirigida (DIS) sobre titanio puro rugoso y
poroso para aplicaciones biomédicas
Directed irradiation synthesis (DIS) of rough and porous pure
titanium for biomedical applications
J Pavón1, O El-Atwani2, S Arias3, Y Torres4, J A Rodríguez4 and J P Allain3
1
2
3
4
Department of Materials Science and Engineering and Transport, University of Seville,
Seville, Spain
Resumen. Es ampliamente reconocido que las aleaciones de titanio grado médico, como el titanio
comercialmente puro (cpTi), son los mejores biomateriales metálicos para el reemplazo del hueso. Este
buen comportamiento se atribuye, básicamente, a su buen balance biomecánico y de biocompatibilidad
In Vivo. Sin embargo, se presentan dos desventajas importantes: apantallamiento de tensiones y
posterior reabsorción ósea, debido al desajuste en la rigidez con respecto al hueso, y la falta de
osteointegración asociada al tejido fibroso alrededor de los implantes. Los implantes de cpTi poroso
han mostrado un gran potencial para resolver el apantallamiento de tensiones; por otro lado, diferentes
técnicas de modificación superficial para el control de la rugosidad también han sido implementadas
para mejorar la osteointegración. En este trabajo, se han modificado superficialmente muestras de cpTi
macizo y rugoso, al igual que muestras porosas producidas vía pulvimetarlúrgia (PM), mediante
síntesis por irradiación dirigida (DIS), con el objetivo de evaluar la capacidad para producir
nanoestructuras superficiales. Estas muestras fueron evaluadas para ángulos de contacto, SEM y AFM
para caraterización superficial, y biológicamente con una línea celular de músculo suave humano
aórtico (HASMCs), para evaluar el potencial para otros tejidos. La nanoestructuración de las muestras
porosas+pulidas fue altamente exitosa, mostrando sensibilidad a la porosidad inicial, siendo más
efectiva en las áreas planas. Por el contrario, la micro-rugosidad inicial de las muestras de cpTi
mecanizadas convencionalmente fue un obstáculo para obtener una nanoestructura deseada,
produciéndose sólo un ligero efecto en la nano-rugosidad vertical, al igual que un efecto suavizante
para incidencia no-normales con iones Argón (Ar +). En general, el procesamiento por DIS produjo
importantes mejoras tanto en el suavizado como en la energía libre superficial, lo cual se reflejó en una
drástica reducción del ángulo de contacto. Nuestro estudio ha permitido, por primera vez, demostrar no
solamente la capacidad del DIS para nanoestructurar solidos porosos, si no también para suavizar las
superficies inicialmente rugosas sin afectar la biocompatibilidad inicial.
Abstract. It is widely recognized that medical grade of titanium alloys, like commercially pure
titanium (cpTi), are the best metallic biomaterials for bone replacement, basically due to their good
balance between biomechanics features and In Vivo biocompatibility response. However, they have
two important disadvantages: stress shielding, and subsequent bone resorption, due to stiffness
mismatch with respect to bone, and the lack of osteointegration due to fibrous tissue around implants.
Porous cpTi implants have shown to be an alternative for stress shielding problem, and different
techniques of surface modification like controlled roughness, have been implemented for
improvements of cpTi osteointegration. In this work we have modified samples of both rough and
powder metallurgy (PM) porous cpTi by directed irradiation synthesis (DIS) with the aim of evaluating
the capability to produce surface nano-patterning; these samples were tested by contact angle testing,
structurally characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy
(AFM), and biologically tested through the response of human aortic smooth muscle (HASM) cell line.
Nano-patterning of porous+polished cpTi samples were highly successful with some sensitive to initial
surface porosity, being more effective on the flat polished areas. In contrast, initial micro-roughness of
conventional machined cpTi samples was an important obstacle to nano-patterning, allowing only
influence on vertical nano-roughness, with an important smoothing effect for off-normal beam
incidence. In general, DIS processing generated important improvements on both smoothing and
surface free energy reflected in drastic reductions of contact angle measurements. Our study here
reported has allow, for the first time, to demonstrate not only nano-structurng capability of DIS on
porous surfaces, but also to produce advantageous smoothing of rough surfaces without any
detrimental effect on the original biocompatibility of cpTi implants.
Biomateriales para el tratamiento de aneurismas por lesiones
penetrantes del cerebro (PBI): NiTi nanoestructurado vía síntesis
por irradiación dirigida (DIS)
Biomaterials for treatment of penetrating brain injury (PBI)
aneurysms: nanostructured NiTi by directed irradiation synthesis
(DIS)
J Pavón1, O El-Atwani2, S Arias3 and J P Allain3
1
2
3
Resumen. Las alternativas clínicas para los tratamientos de las aneurismas, clipping quirúrgico o
coiling endovascular, han mostrado un éxito limitado a los fenómenos de trombosis arterial, migración
del rollo metálico y los riesgos quirúrgicos inherentes en un procedimiento de craneotomía abierta. En
ese sentido, existe un interés creciente en neurocirugía para desarrollar nuevas alternativas para el
tratamiento de este tipo de enfermedades. Nuestro grupo ha postulado que es posible usar un stent tipo
cardiovascular como scaffold con una cara magnética dirigida al cuello de la aneurisma, como la
manera más eficiente para inducir el cierre de la PBI. La nanotecnología ha emergido como un campo
prometedor para abordar las estrategias neuro-endovasculares para reparar el daño arterial inducido por
PBI. Varios autores han mostrado recientemente que la adhesión, diferenciación, proliferación y
expresión genética de las células madre se pueden mejorar al ponerlas en contacto con intercaras
nanoestructuradas. En este trabajo nuestro equipo ha desarrollado un nuevo biomaterial
superficialmente nanoestructurado con un potencial para ser usado en el tratamiento neuroendovascular de lesiones tipo PBI. Este trabajo resume el desarrollo y fabricación de un stent bioactivo
para inducir el cierre de la pared vascular dañada utilizando un scaffold de NiTi nanoestructado, como
un template para la estimulación del crecimiento del tejido. Como es ampliamente reconocido, el NiTi
es un biomaterial que posee unas propiedades únicas de memoria de forma y superelasticidad, las
cuales han sido aprovechadas en aplicaciones cardiovasculares durante muchos anos. En este trabajo,
presentamos la modificación superficial (nano-patterning) del material para stent de NiTi
convencional mediante la síntesis por irradiación dirigida (DIS) con iones Argón (Ar +). Esta nueva
superficie nanoestructurada puede suministrar una adhesión óptima de células previamente reclutadas,
al igual que puede promover la estimulación intrínseca de dichas células para el crecimiento del tejido
en todo el cuello de la aneurisma. Los ensayos de ángulo de contacto de las muestras irradiadas
mostraron una disminución de la hidrofobicidad, 20-40%.
Abstract. Clinical approaches for aneurysms treatments, surgical clipping or endovascular coiling,
have showed limited success due to parent artery thrombosis, coil migration and the surgical risks
inherent in an open craniotomy procedure. In that sense, there is an increasing interest in neurosurgery
to develop new alternatives for treatment of this kind of disease. Our group has postulated that a
cardiovascular-type stent can be used as a tissue scaffold with a magnetic face directed at the
aneurysmal neck orifice, which would be the most efficient strategy to induce closure of PBI.
Nanotechnology has emerged as a promising field to address neuro-endovascular strategies to repair
PBI-induced arterial damage. Several authors have recently shown that stem cell adhesion,
differentiation, proliferation and gene expression can be enhanced when cells are in contact with
nanostructured interfaces. In this work, our team has developed a new surface nanostructured
biomaterial with potential use in the neuro-endovascular treatment of PBI-related injury. This work
summarizes the development and fabrication of a bioactive stent to induce closure of the damaged
arterial wall using a nanostructured nickel-titanium alloy (nanoNiTi) as a template for tissue growth
stimulation. NiTi is a biomaterial that possesses unique properties like shape memory and
superelasticity and has been used in cardiovascular devices for years. In this work we present surface
modification (nano-patterning) of conventional NiTi stent materials by directed irradiation synthesis
(DIS) techniques with Argon (Ar +) ions. This novel nano-structured surface can provide optimum
attachment of recruited cells, as well as the promotion of intrinsic stimulation to these cells for tissue
growth along the aneurysm neck defect. Contact angle testing of NiTi nano-patterned samples enabled
measurement of decreasing of hydrophobicity (between 20-40%).
Caracterización de Materiales - CM
Characterization of Materials - CM
Umbral de percolación de transporte eléctrico y exponentes
críticos en compósitos de Sr2YSbO6–YBa2Cu3O7-
Electrical transport percolation threshold and critical exponents
in Sr2YSbO6–YBa2Cu3O7- composites
O Ortiz-Diaz1 D A Landínez-Téllez1 and J Roa-Rojas1
1
Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de
Colombia, Bogotá DC, Colombia
Resumen. Los materiales compósitos consisten de dos fases separables que presentan propiedades
independientes en cada una de ellas. Los compósitos de aislante-conductor son atractivos para la
investigación en ciencias básicas debido a su potencial aplicación comercial. Estos compósitos
formados por partículas conductoras dispersas en una matriz aislante se estudian en razón del cambio
abrupto de sus propiedades eléctricas, hasta de algunos órdenes de magnitud y por aumentos ligeros en
la fracción volumétrica del material conductor. En este trabajo reportamos la síntesis del material
aislante Sr2YSbO6, el cual, de acuerdo a estudios de difracción de rayos X, no reacciona químicamente
con el material superconductor YBa2Cu3O7−. Este es un sistema donde las partículas superconductoras
y aislantes del material coexisten en un compósito en dos fases cristalográficas y químicas separadas y
bien definidas. Las propiedades eléctricas y el comportamiento percolativo fueron estudiados mediante
mediciones de resistividad eléctrica a temperatura ambiente, sobre muestras de compósitos con
diferentes proporciones volumétricas vol% de YBa 2Cu3O7−. Los resultados de mediciones de
resistividad siguen la conductividad predicha por la teoría de percolación. Sin embargo, el exponente
crítico t = 6.65 es mayor que el valor universal t»2. Por otro lado, hay una conductividad finita por
debajo del límite de percolación, que es cero para sistemas percolativos puros. Hemos determinado el
comportamiento percolativo en esta región y hemos encontrado el exponente crítico s = 0.75, valor que
acorde con los valores predichos por la teoría.
Abstract. Composite materials consist of two separable phases and exhibit independent properties in
any of constituent phases. Conductor-insulator composites are attractive from the point of view of
basic science besides of their potential commercial applications. Composite materials formed of
conducting particles dispersed into an insulator host medium are extensively studied since their
electrical properties change dramatically, by many orders of magnitude, for a small increase in
volumetric of the conductor material. We have synthesized an insulator material Sr 2YSbO6 which was
found, by x-ray diffraction, chemically non-reacting with YBa2Cu3O7− superconductor material. This
is a system where the particles of superconductor and insulator materials are found coexisting in a
composite with two well-defined separate crystallographic and chemical phases. Electrical transport
properties and percolation behavior have been studied by electrical resistivity measurements at room
temperature on several samples of composites with different vol% of YBa 2Cu3O7−. Resistivity results
are in agreement with the equation which describes the conductivity in percolation theory. However,
critical exponent t = 6.65 is greater than universal value t»2. Furthermore, there is a non-negligible
conductivity below percolation threshold where it is zero in “pure” percolative systems. Nevertheless,
the percolative behavior in this region was found and the critical exponent value s was determined to
be s = 0.75, which is in accordance with the universal value.
Propiedades ópticas de cristales fotónicos unidimensionales de
silicio poroso con indice de refracción no homogéneo
Optical properties of onedimensional porous silicon photonic
crystals with nonhomogeneous refractive index
D R Huanca1 and W J Salcedo2
1
Instituto de Física y Química de la Universidad Federal de Itajubá, Minas Gerais, Brasil
1
Laborátorio de Microelectronica de la Universidad de São Paulo, São Paulo, Brasil
Resumen. Cristales fotónicos unidimensionales con indice de refracción efectivo (IRE) variable en
función de la espesura fueron caracterizados estructural y ópticamente con el propósito de determinar
el efecto del gradiente de IRE sobre la respuesta óptica de los dispositivos. Estos dispositivos fueron
fabricados anodizando silicio cristalino tipop altamente dopado (0.005 cm) en solución
electrolítica con diferentes concentraciones de HF. Los resultados muestran que cuanto mayor es la
concentración de HF en el electrólito, mayor es la variación del IRE y de la rugosidad en las interfaces
de las capas de silicio poroso con alta e baja porosidad que conforman las células unitarias. Tanto la
rugosidad como la porosidad de las capas de silicio poroso localizadas en las regiones más cercanas a
la interfaces silicio poroso/silicio son mayores. La reconstrucción aproximada del espectro de
reflectáncia de estos dispositivos es posible unicamente si dentro del modelo teórico son incluidas la
variación lineal del IRE, coeficiente de extinción en función de la espesura del dispositivo, así como la
variación del IRE. El efecto de éste último es mayor en las capas con menor porosidad.
Abstract. Onedimensional photonic crystals made of porous silicon with effective refractive index
(ERI) varying in depth were characterized structural and optically in order to determine the effect of
gradient of ERI on the optical response of the devices. These devices were fabricated by anodizing
ptype heavily doped crystalline silicon (0.005 cm) into electrolyte solution with different
concentration of HF. The results show that the higher the concentration of HF in the electrolyte, the
greater the variation of the effective refractive index and roughness at the interfaces of the porous
silicon layers with high and low porosity comprising the unit cells. Both the roughness and porosity of
the porous silicon layers located in regions near to the porous silicon/silicon interface are higher. The
reconstruction of the reflectance spectra of these devices was possible only including into the
theoretical model the linear variation of the ERI, extinction coefficient as function on the device
thickness, as well as the variation of the ERI. The effect of the latter is higher in layers with lower
porosity.
Biosíntesis y caracterización de nanopartículas de oro sintetizadas
a partir de extractos de hojas de Tamarindus indica L
Biosynthesis and characterization of gold nanoparticles using
leaves extracts of Tamarindus indica L
S N Correa-Torres1, A M Naranjo-Herrera1 and A P Herrera2
1
Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga,
Colombia
2
Programa de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería. Universidad de Cartagena,
Colombia
E-mail: sandra.correa@upb,edu.co , [email protected]
Resumen. En el presente estudio se reporta la biosíntesis de nanoparticulas de oro obtenidas a partir
del extracto de hojas de Tamarindus indica L. Los compuestos orgánicos presentes en las hojas de T.
indica como fenoles, cetonas y carboxilos entre otros, que permitieron la formación de nanopartículas
fueron identificadas por medio de cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas
(CG/MS) e infrarrojo con Transformada de Fourier (IFRT). La síntesis de las nanopartículas de oro se
realizó con el extracto de hojas de T. indica en una solución acuosa de Au+3 a temperatura ambiente
durante una hora de reacción. Los estudios de microscopia electrónica de barrido (SEM), indicaron que
las nanopartículas sintetizadas del extracto de las hojas de T. indica presentaron un tamaño promedio
de 52 ± 5.
Abstract. The present study report the biosynthesis of gold nanoparticles obtained from the extract of
leaves of Tamarindus indica L. The organic compounds present in the leaves of T. indica were phenol,
ketones and carboxyl, which allowed the synthesis of nanoparticles were identified by chromatography
of gases coupled to mass spectrometry (GC MS). Synthesis of gold nanoparticles was performed with
the leaves extract by T. indica and Au+ 3 aqueous solution at room temperature after one hour of
reaction time. Scanning electron microscopy (SEM) indicated the formation of gold nanoparticle with
an average size of 52 ± 5.
Caracterización Mecánica de un Phantom de Mama
Mechanic Caracterization a Breast Phantom
K L Cristiano1, J C Gutierrez1, D A Miranda1, S A Jaimes1 and D A Triana1
1
Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. Para el estudio de detección temprana del cáncer es conveniente contar con modelos de
mama “Phantom” para evaluar varias propiedades físico-químicas del tejido. La preparación del
Phantom de mama consiste en una solución (Agua y glicerina) mezclada con pectina y fenol; en el
proceso de fabricación se modificaron las proporciones de la mezcla buscando diferentes contexturas,
formas y colores que asemejaran características ópticas y mecánicas del tejido real. Caracterizaciones
ópticas previas mostraron, para un rango en el NIR, un comportamiento del Phantom similar al tejido
mamario humano normal y anormal, se observó en el espectro de absorbancias de los Phantom.
También se realizaron medidas del esfuerzo y la deformación para determinar las características físicas
del Phantom. Se determinaron los módulos de elasticidad para los Phantom de pectina refinada y no
refinada, obteniendo módulos de elasticidad con valores comparables con los rangos reportados para
tejido fibroso y el tejido glandular de la mama. La innovación resultado de esta investigación consiste
en un modelo óptico-mecánico de mama, el cual puede ser usado para simular anomalías en la mama.
Abstract. Early breast cancer detection is so important to have physics models that keep up real
mechanics and optics properties, the model is named Breast Phantom. The Phantom preparation is a
solution based water and glycerine mixed with fenol and pectin; at the elaboration process mix
proportions were modified seeking varied textures, colors and form which simulated mechanics and
optics properties a mammary tissue. Optic characterization Phantom at NIR range showed similar
curves of absorbance like human breast. The mechanic characterization consist; effort and deformation
measurement to obtain the elasticity modules for refined pectin and non-refine pectin Phantom
compared with breast tissue fibrous and glandular, were obtained values in the same range. The
innovation is a mechanic-optic model to emulate breast potential abnormality also can be used to
emulate other body tissues.
Efecto fundente del borax en la sinterización del hierro Ancoor
steel 1000® bajo una descarga luminiscente
Borax as flux on sintering of iron Ancoor Steel 1000 ® under glow
discharge
H G Ariza-Suarez1 and A Sarmiento-Santos1
1
Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. En este trabajo se estudia el efecto fundente del borax (di sodio tetraborato decahidratado)
en la sinterización del hierro Ancor Steel 1000® en la descarga luminiscente anormal. Se observa la
incidencia en el proceso, del porcentaje en peso de borax y de la temperatura de sinterización. Para ello
se prepararon muestras del hierro pulvimetalúrgico con proporciones del 0,5%, 2,0%, 4,0% y 6,0%, en
peso de borax, utilizando los procedimientos propios de la pulvimetalurgia. Las probetas fueron
sinterizadas a 800 y 1100 ºC, durante 30 min, en la descarga luminiscente de baja presión en atmósfera
gaseosa reductora constituida por la mezcla: 20% H2+ 80% Ar. Antes de ser sinterizadas, las muestras
fueron analizadas por TGA-DSC para determinar los procesos de fusión y perdida de masa durante la
sinterización. El cambio de color en la descarga luminiscente se correlacionó con los resultados de los
análisis de TGA-DSC. Medidas de la densidad de las muestras, antes y después de sinterizadas, y un
análisis de microdureza, en la escala de Vickers, evidencian que a temperatura de sinterización de
800°C la densidad disminuye y la microdureza aumenta con relación a las muestras sinterizadas en
ausencia de borax. La muestras sinterizadas, también fueron analizadas por DRX observándose la
ausencia de precipitados en las mismas.
Abstract. This work studies the flux effect of borax (di sodium tetraborate decahydrate) on sintering
of iron Ancor Steel 1000® in abnormal glow discharge. The incidence of the percentage by weight of
borax and the sintering temperature in the process were observed. Samples of powder metallurgical
iron were prepared with proportions of 0.5%, 2.0%, 4.0% and 6.0% by weight of borax using the
procedures of powder metallurgy. The samples were sintered at 800 and 1100°C for 30 min, by glow
discharge at low pressure in a reducing atmosphere composed of 20% H2 + 80% Ar. The samples in
compact green-state were analyzed by TGA-DSC to determine the fusion process and mass loss during
sintering. The color change in the glow discharge was correlated to the results of TGA-DSC analysis.
The analysis of microhardness and density, shows that at a sintering temperature of 800°C the density
decreases and the microhardness increases with respect to sintered samples without borax. Sintered
samples were analyzed by DRX showing the absence of precipitates.
Síntesis y caracterización de nanopartículas de un óxido obtenidas
por el método de precursores poliméricos
Synthesis and characterization of the oxide nanoparticles obtained
by the polymeric precursor method
A M Raba-Páez1, J H Bautista-Ruiz1 and E A Murillo-Ruiz1
1
Universidad Francisco de Paula Santander, Cucuta, Colombia
Resumen. Nanopartículas de pentóxido de niobio (Nb2O5) fueron preparadas por el método de
precursores poliméricos, usando acido cítrico como agente quelante y etilenglicol como agente
polimerizante. Los polvos fueron preparados por el método de precursores poliméricos y
caracterizados por difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido. Los resultados
mostraron que la presencia de HNO3, HCl o NH4OH, en la solución acuosa empleada, favorecen la
solubilidad de la sal precursora usada, hecho que también incide en la formación de la fase del óxido.
Inicialmente los polvos de Nb2O5 fueron amorfos. Los polvos amorfos se calcinaron a 500°C los
cuales contienen Nb2O5 (fase TT), mientras que a 650°C s obtuvo el Nb2O5 (fase T). Así, un
incremento en la temperatura de síntesis está relacionado con el incremento de la cristalinidad, de
acuerdo con los valores de tamaños cristalinos, que fueron estimados usando el método de Sherrer.
Abstract. The niobum pentoxide (Nb2O5) nanoparticles were prepared by the polymeric precursor
method using citric acid as chelating agent and ethylene glycol as polymerizing agent. The powders
were obtained by the polymeric precursor’s method and characterized by X-ray diffraction (XRD) and
scanning electron microscopy. The results showed that the presence of HNO3, HCl or NH4OH in the
employed aqueous solution favor the solubility of the used precursor salt, fact than too inside in the
oxide phase formation. The initial Nb2O5 powders were amorphous. The amorphous powders heated at
500°C contained Nb2O5 (TT-phase), whereas at 650°C the Nb2O5 (T-phase) was obtained. In this way
an increase in the synthesis temperature is related to the increase of the cristallinity, according to the
values of the crystallite sizes that were estimated using the Sherrer method.
Caracterización estrucutural de arcillas usadas en la industria de
la construcción para evaluacion de sus propiedades físico-quimicas
Estrucutural characterization of clay used in construction
industry for assessment of their properties physical-chemical
L P Muñoz-Molina1 and A Martínez-Amariz1,2
1
Universidad de Santander, Bucaramanga, Colombia
2
Resumen. Las arcillas son materia prima importante, principalmente, para la elaboración de cerámica
tradicional y ladrillos convencionales. Es de gran interés, por lo tanto, caracterizarlas físicamente para
poder determinar sus propiedades y potencializar su uso; es por esto que la caracterización de las
arcillas en la empresa Cerámica y Ladrillera Ecológica el Estoraque se convierte en una actividad
importante por el efecto tecnológico, económico y social que se puede generar. En este trabajo se
indican los resultados obtenidos de esta caracterización. Para ello se utilizó el método granulométrico
manual con tamices ASTM que determinan el tamaño de las partículas del suelo y lo separan a través
de sus aberturas que son organizadas de mayor a menor. Además del contenido analítico representado
en el cálculo de los porcentajes de retención y porcentajes que pasa por cada tamiz, se hace un análisis
gráfico sobre los resultados obtenidos por medio de la curva granulométrica. Las muestras fueron
caracterizadas por DRX y por análisis químico para estudiar y cuantificar las fases presentes, así como
los componentes de las muestras que brinda información sobre la permeabilidad y la cohesión de la
arcilla.
Abstract. Clays are important raw material mainly for the production of conventional and traditional
ceramic bricks. It is of interest, therefore, to physically characterize their properties and their potential
use; is why the characterization of clays in the company Ceramics and bricked Ecological the
Estoraque becomes an important activity by technological, economic and social effects that can be
generated. In this paper the results of this characterization are indicated. For these manual method
granulometric ASTM sieves that determine the size of soil particles and separate openings through
which are organized from highest to lowest was used. Besides the analytical content represented in the
calculation of percentages and retention rates through each sieve, a graphical analysis of the results
obtained through grading curve becomes. The samples were characterized by XRD and chemical
analysis to study and quantify the phases and components of samples provides information on
permeability and cohesion Clay.
Análisis por impedancia ac y estructural de una perovskita
nanoestructurada LaFeO3
Structure and ac impedance analysis of a nanostructured LaFeO3
perovskite
A Y Neira-Guio1 and J A Gómez-Cuaspud1
1
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. Este trabajo describe la síntesis y caracterización de un óxido nanoestructurado de LaFeO3,
usando una ruta de química húmeda por polimerización de nitratos netálicos con ácido citrtrico, para
obtener materiales en el diseño de componentes anodicos para la generación de hidrógeno in situ en
pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). El precursor organometálico fué caracterizado mediante
técnicas de FTIR, UV-VIS y TGA-DTA, lo cual permitió evaluar la conformación de especies. Los
resultados de difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución
(HRTEM), confirmaron la presencia de una estructura ortorrómbica simple. Los tamaños de cristalito
estan relacionados con la obtención de un sólido nanoestructurado (<45 nm). Los resultados de
microscopía electrónica de barrido y de transmisión (SEM-TEM), mostraron un alto grado de
densificación con una morfología compacta y una alta área superficial (20 m2/g), indicando que los
sitios activos del óxido están localizados en los iones Fe en coordinación con las especies O2-. Los
resultados de resistividad, condutividad e impedancia AC de la perovskita en función de la temperatura
fueron consistentes con una alta mobilidad de oxígeno, que promueve el transporte de carga en el
material y permite predecir la conductividad a diferentes niveles operacionales.
Abstract. This work describes the synthesis and characterization of a nanostructured LaFeO3 oxide,
using a soft chemical route by polymerization of metal nitrates with citric acid to obtain materials in
design of anodic materials for in situ hydrogen generation in solid oxide fuel cells devices (SOFC).
The metal-organic precursor was characterized by means FTIR, UV-VIS and TGA-DTA analyses
which allowed evaluating the conformation of metal-organic species. X-ray diffraction (XRD) and
high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) analyses confirmed the presence of a
single orthorhombic structure. The crystallite sizes are related to specific nano-structured solid (<45
nm). Results from scanning and transmission electron microscopy (SEM-TEM), showed a remarkable
degree of densification, with compacted morphology and high surface active area (20 m2/g), indicating
that the active sites of the oxide are localized on Fe ions in coordination with the O2- species. The
resistivity, conductivity and AC impedance results of the perovskite vs temperature were consistent
with a high oxygen mobility which promotes the charge transport along bulk material and permits to
predict the conductivity at different operation levels.
Intercambio energético en el acoplamiento de dos ondas cuasidegenerado en cristales fotorrefractivos
Energy transfer in two-wave mixing quasi-degenerated in
photorefractive crystals
B M Barrera1, N A Arias-Hernández1 and M L Molina-Prado1
1
Grupo de Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona,
Pamplona, Colombia
Resumen. Se obtiene la solución analítica para el acoplamiento de dos haces en el caso cuasidegenerado en un cristal fotorrefractivo para registros de altas frecuencias. En el caso del acoplamiento
de dos haces cuasi-degenerado, las ecuaciones dependen del coeficiente de acoplamiento, coeficiente
de absorción, el tiempo de respuesta del material, la diferencia de frecuencia de los haces y la relación
de intensidad de entrada. Este tiempo de respuesta del material es función de la relación de
concentración, es decir, la razón entre en número de donores y aceptores de un cristal fotorrefractivo y
de los campos de difusión, drift y saturación. Se estudia el efecto de estos parámetros sobre el
intercambio energético de los haces en detalle.
Abstract. Wave equations describing the quasi-degenerated two-beam coupling have been solved in
the photorefractive crystals for gratings high frequency have been derived. In case of the quasidegenerate two- beam coupling, the equations depends upon coupling coefficient, the response time of
the medium, the frequency of the two beams in the input, absorption coefficient and the input intensity
ratio. The response time of the medium is function of concentration ratio, i.e., the ratio between NA
density of acceptor impurities and ND density of donor impurities and of the diffusion field, drift field
and saturation field. The effect of these parameters on the gain has been studied in details.
Síntesis de nanopartículas de óxido cuproso (Cu2O / CuO)
Synthesis of Cuprous Oxide (Cu2O /CuO) Nanoparticles
M R Joya1, J Barba-Ortega1 and P T C Freire2
1
Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
2
Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências, A C Campus do Pici, Fortaleza, Brazil
Resumen. El objetivo de este estudio fue comparar las tres fases distintas del semiconductor óxido de
cobre tipo p, las cuales son: Cu2O, CuO, and Cu4O3. Estas fases posee diferentes morfologías y estados
de oxidación de los iones de cobre. El Cu2O es un material amigable al medio ambiente, tiene una
banda de energía de 2 eV y un alto coeficiente de absorción óptica, que lo convierten en un excelente
candidato para la conversión de energía solar y otras aplicaciones. Aunque hasta ahora se ha indicado
que Cu2O puede funcionar como un fotocatalizador para el agua en general. En este trabajo,
nanopartículas Cu2O / CuO se han sintetizado con éxito por la calcinación del precursor a diferentes
temperaturas (350◦C, 450◦C, 550◦ C y 800◦ C). El efecto de la temperatura sobre la morfología óxido de
CuO se confirmó por difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido.
Abstract. The objective of this study was to compare the three different phases of the p-type
semiconductor copper oxide, which are: Cu2O, CuO, and Cu4O3. These phases has different
morphologies and oxidation states of the copper ions. The Cu2O is environmentally friendly, it has an
band gap of 2 eV and a high optical absorption coefficient, which makes it an excellent candidate for
solar energy conversion and other applications. Although thus far it has been indicated that Cu2O can
function as a photocatalyst for the overall water. In this work, nanoparticules Cu2O / CuO have been
successfully synthesized by the calcination of the precursor at different temperatures (350◦ C, 450◦C,
550◦ C y 800◦ C). The temperature effect on the CuO oxide morphology were confirmed by X-ray
diffraction, scanning electron microscopy.
Síntesis y caracterización del sistema LaBa 2Cu3O7
Synthesis and characterization of LaBa2Cu3O7 system
A M Morales-Rivera1, J A Gómez-Cuaspud1 and C A Parra-Várgas1
1
Resumen. El presente trabajo, reporta la síntesis y caracterización de un oxido de lantano-bario-cobre
basado en el sistema LaBa2Cu3O7, mediante el empleo de una ruta de química húmeda, que posibilita
la polimerización-combustión de especies tipo citrato, para generar materiales del orden nanométrico
con potenciales aplicaciones tecnológicas. El precursor sintetizado a manera de complejo de
coordinación, fue caracterizado por análisis de FTIR, UV-VIS, y TGA-DTA, con el fin de establecer la
formación de complejos de coordinación tipo citrato y la temperatura ideal de consolidación de la fase
cristalina esperada. La caracterización morfológica y estructural se realizó sobre el material ya
calcinado con estudios de difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido y
transmisión (SEM-TEM), confirmando la obtención de una fase cristalina ortorrómbica tipo Pmmm
(43) conformada por cristalitos del orden nanométrico de aproximadamente 35 nm, basado en un
conteo estadístico de 350 partículas. Los análisis realizados sobre el óxido cerámico mediante
espectroscopia Raman y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS), permitieron determinar una
evaluación cualitativa y cuantitativa sobre la composición del material obtenido evidenciando que el
óxido final guarda una estrecha relación con la composición buscada, descartando la presencia de
residuos carbonosos remanentes del proceso de síntesis. Estos resultados permiten comprobar la
efectividad del método de síntesis propuesto y su potencialidad para la obtención de materiales nanoestructurados con propiedades mejoradas para el diseño de dispositivos tecnológicos.
Abstract. This work report the synthesis and characterization of a lanthanum-barium-copper oxide
based on LaBa2Cu3O7 system, by use of a wet chemical route, which enables the combustionpolymerization of citrate species in order to generate nano-materials with potential technological
applications. The synthesized precursor in form of a coordination complex, was characterized by
FTIR, UV-VIS, and TGA-DTA analysis in order to evaluate the formation of coordination citrate
complexes and the optimal temperature for consolidation of crystal phase. The morphological and
structural characterization was performed over calcined material with X-ray diffraction (XRD) and
scanning electron microscopy and transmission (SEM-TEM) analysis, confirming the obtention of a
orthorhombic crystalline phase type Pmmm (43) of nanometric range of about 35 nm, obtained over a
statistical counting of 350 particles. Analyses of the ceramic oxide by Raman spectroscopy and X-ray
photoelectron spectroscopy (XPS), allowed to determine a qualitative and quantitative assessment of
the material composition showing that the final oxide is closely related to the desired composition,
discarding the presence carbonaceous residues remaining of the synthesis process. These results verify
the effectiveness of the proposed synthesis method and its potential application for the obtention of
nanostructured materials in design and improvement of technological devices.
Síntesis y caracterización del sistema La0.8Sr0.2Ni1-xCrxO3 (X= 0.0,
0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) por el método de combustión
Synthesis and characterization of La0.8Sr0.2Ni(1-x)CrxO3 (X= 0.0, 0.2,
0.4, 0.6, 0.8, 1.0) system by the combustion method
A M Morales-Rivera1, D L Sánchez-Pinzón1, J A Gómez-Cuaspud1 and E Vera-López1
1
Resumen. La presente investigación, se basa en la síntesis y caracterización de seis (6) óxidos
cerámicos tipo perovskita, basados en el sistema La0.8Sr0.2Ni(1-x)CrxO3 con diferentes niveles de
modificación del catión cromo (x= 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0). Los materiales anódicos se sintetizaron
con el fin de aportar herramientas en la disminución de los costos energéticos asociados a la obtención
de este tipo de materiales y mejorar las propiedades texturales, morfológicas, superficiales y catalíticas
asociadas a este tipo de óxidos con aplicabilidad en el campo de las pilas de combustible de óxido
sólido (SOFC). La formación de la fase cristalina buscada se dió en función del aumento sistemático
de la temperatura, para ello se partió de disoluciones de nitratos metálicos que se polimerizaron en
presencia de ácido cítrico formando compuestos de coordinación tipo citrato. Los precursores
metalorgánicos sintetizados se caracterizaron mediante técnicas como: espectroscopia infrarroja
(FTIR), espectroscopia ultravioleta-visible (UV-VIS) y análisis térmicos (TGA-DTA). Los resultados
prueban la formación de complejos de coordinación que dan origen a los respectivos óxidos a
temperaturas tan bajas como 450 °C, con estructura cristalina ortorrómbica tipo Pnma (63). La
posterior caracterización por difracción de rayos X (XRD), estableció que el método utilizado para la
síntesis de estos materiales es efectivo en la obtención de estructuras del orden nanométrico (45 nm),
para potenciales aplicaciones en pilas SOFC.
Abstract. This research is based on the synthesis and characterization of (6) perovskite ceramic
oxides, based on La0.8Sr0.2Ni1-xCrxO3 system with different levels of chromium modification (x = 0.0,
0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0). The anodic materials were synthesized with aim to provide arguments in
reduction of energy costs associated with obtention of such materials and improve the textural,
morphological, and catalytic surface properties associated with these materials with applicability in the
field of solid oxide fuel cells (SOFC). The formation of the crystalline phase was based on the
systematic increasing of temperature, for this, was assumed that solutions of metal nitrates were
polymerized in the presence of citric acid forming citrate type coordination compounds. The
synthesized metal-organic precursors were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), ultravioletvisible spectroscopy (UV-VIS) and thermal analysis (TGA-DTA). The results confirm the formation of
coordination complexes that was obtained at temperatures as low as 450 °C with orthorhombic
structure and crystalline Pnma (63) system. Further characterization by X-ray diffraction (XRD),
confirmed that method for the synthesis of these materials is effective in obtention of nanometric
structures (45 nm), for potential technological applications in SOFC devices.
Síntesis y caracterización del sistema La 0,8Sr0,2MnO3
Synthesis and characterization of La0,8Sr0,2MnO3 system
A F Cruz-Pacheco1, J A Gómez-Cuaspud1 and E Vera-López1
1
Resumen. Este trabajo reporta la síntesis y caracterización de un óxido tipo La 0,8Sr0,2MnO3, usando
una ruta de síntesis de química húmeda, con la cual fue obtenido un material cerámico con propiedades
fisicoquímicas y características estructurales de gran importancia para aplicación como componente
electródico para uso en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). El material sintetizado se
caracterizó por difracción de rayos X (XRD), obteniendo la fase cristalina buscada. Los resultados
derivados de microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM), confirmaron la
obtención de sólidos nanométricos (35 nm) de morfología regular orientados de forma preferente en el
plano (112), con distancias interplanares d calculadas de 0,25 nm con base en los resultados de
HRTEM y XRD. La composición del material fue determinada mediante microanálisis de rayos X por
energía dispersiva (EDX), indicando una buena concordancia entre la composición propuesta y
obtenida, lo que permite confirmar la efectividad del método de síntesis propuesto.
Abstract. This paper reports the synthesis and characterization of an oxide type La 0.8Sr0.2MnO3, using
a wet chemistry route which permits to obtain a ceramic material with physicochemical properties and
structural characteristics of relevant importance for application as an electrode component for use in
solid oxide fuel cells devices (SOFC). The synthesized material was characterized by X-ray diffraction
(XRD), obtaining the desired crystalline phase. Results from High-resolution transmission electron
microscopy (HRTEM), confirm the obtention of a regular morphology solid preferentially oriented in
the (112) face, with d spacings calculated of about 0.25 nm based on HRTEM and XRD results. The
material composition was determined by X-ray microanalysis by energy dispersive (EDX), indicating a
good agreement between the proposed and obtained composition, which enable to confirm the
effectivity of proposed synthesis method.
Estructura, comportamiento mecánico y térmico de mezclas de
resinas de poliéster y residuos cerámicos odontológicos
Structural, mechanical and thermal behavior of mixtures of
polyester resins and dental ceramic waste
G Peña-Rodríguez1, L Martínez-Maldonado1 and J Dulce-Moreno1
1
Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia
Resumen. Se reporta el comportamiento mecánico a la flexión y tracción, así como la estructura de
mezclas de resinas de poliéster preacelerada P-2000 y polvos obtenidos de moldes de yeso y alginato
usados en las impresiones dentales, se usó polvo pasante tamiz ASTM No. 200 (<75μm). Las muestras
consistieron en mezclas con porcentaje en peso de 50-50%, 60-40%, 70-30%, 80-20%, 90-10%, donde
la fase mayoritaria fue la resina, usándose como catalizador Meck-Peróxido al 4%. La estructura fue
estudiada usando SEM y XRD, el comportamiento térmico usando DSC, TGA y DMA, mientras que
el comportamiento mecánico se analizó usando las Normas ASTM D790 y D638. Se observó
morfología irregular y presencia de pequeñas aglomeraciones con tamaños de partículas entre los
29,63 y 38,67 μm, también se halló la presencia de diferentes fases del sulfato de calcio y se concluye
que al aumentar la concentración de los polvos, el compuesto se torna más cristalino, aumentando la
densidad. Se encontró una temperatura promedio de servicio 69,15 ± 4,596 ºC. Se reportan valores de
dureza en rangos de 18,65 a 27,96 Vickers y se establece, teniendo en cuenta el módulo elástico, que el
compuesto se hace más rígido al tener más concentración de polvos.
Abstract. The tensile strength and bending strength, structure and thermal behavior of mixtures of
polyester resin (P-2000) and powders (ASTM sieve 200,<75μm)of dental ceramic wastes (impressions
dentals alginate and gypsum) is reported. The samples consisted of mixtures with percentage weights
of 50-50%, 60-40%, 70-30%, 80-20%, 90-10%, where the resin was the majority phase, the MeckPeroxide (4% wt.) was used as catalyst. The structure was studied using SEM and XRD, the thermal
behavior using DSC, TGA and DMA, while the mechanical strength was tested using standards ASTM
D790 and D638. Irregular morphology and presence of small agglomerations was observed, with
particle sizes between 29,63 and 38,67 μm, the presence of different phases of calcium sulphate was
found, and that to the increasing the concentration of the powder, the materials becomes more
crystalline, increasing its density. An average service temperature of 69.15 ± 4.6 ºC was found.
Hardness values are reported in ranges from 18,65 to 27, 96 Vickers. Considering the elastic modulus,
was established that the materials becomes more rigid by having more powder concentration.
Estudio de desgaste de láminas de acero deformadas con
herramientas recubiertas
Wear study of deformed steel sheets with coated tools
D M Devia-Narvaez1, F Mesa1 and D F Devia-Narvaez1
1
Departamento de Matemáticas, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia
Resumen. Los recubrimientos duros han sido ampliamente utilizados en la industria metalmecánica
para la protección de las superficies de las herramientas debido a las propiedades de las capas como
baja fricción y alta resistencia al desgaste, siendo estos tratamientos superficiales adecuados para
disminuir los costos en la industria. De acuerdo a esto, esta investigación se enfoca en el análisis de
láminas de acero AISI 1045 deformadas con herramientas de conformado recubiertas con nitruro de
titanio aluminio (TiAlN) depositados por la técnica Magnetrón Sputtering Tríodo. El análisis se realiza
a partir de las propiedades superficiales y químico que influyen directamente en el comportamiento
tribológico.
Abstract. Hard coatings have been widely used in the metalworking industry for the protection of the
surfaces of the tools due to the properties of the layers as low friction and high wear resistance, these
being suitable for lower costs surface treatment industry. Accordingly, this research focuses on the
analysis of AISI 1045 deformed steel sheets forming tools coated with titanium aluminum nitride
(TiAlN) deposited by magnetron sputtering technique Triode. The analysis is conducted from the
surface and chemical properties that directly influence the tribological behavior.
Sintesis, caracterizacion y efecto percolativo de compositos
superconductor - aislante
Synthesis, characterization and percolative
superconductor – insulator composites
effect
on
N Montana1, C A Parra-Vargas1 and D A Landinez-Tellez2
1
Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Grupo de Física de Materiales, Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia
2
Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. En este trabajo, se presenta la síntesis del compuesto superconductor-aislante GdBa2Cu3O7-δ
-Sr2GdSbO6, por el método de reacción en estado sólido, con el fin de hacer un estudio de percolación,
se hizo una variación volumétrica de la composición en torno al umbral de percolación para éstos
sistemas a temperatura ambiente. Estructuralmente caracterizado por difracción de rayos X y por el
metodo de refinamiento Rietveld se determino el tipo de estructura del material y la coexistencia de
dos materiales con estabilidad química, morfológicamente mediante microscopía electrónica de
barrido, la obtención de granularidad, homogeneidad, regiones de formación de clúster o metalaislante. La caracterización eléctrica se llevó a cabo por medio de la resistividad eléctrica y mediciones
de impedancia electroquímica para determinar la constante dieléctrica del aislante y factor de pérdida
dieléctrica. Las mediciones de propiedades magnéticas utilizando curvas ZFC-FC y de histéresis
magnética entre -3T y 3T campos para una gama de temperaturas de 50 K a 350 K, el efecto Meissner
y temperaturas de transición. Un estudio del efecto de percolación de transporte eléctrico y las
transiciones eléctricos y magnéticos a la transición superconductora fase aislante, dando una posible
explicación para este comportamiento desde una perspectiva teórica experimental.
Abstract. In this paper, we report the synthesis of the superconductor-insulator composite
GdBa2Cu3O7-δ -Sr2GdSbO6, by the method of solid-state reaction, in order to make a study percolative,
we made a volumetric variation of composition around the percolation threshold for these systems to
room temperature. Structurally characterized by X-ray diffraction and rietveld refinement determining
the type of material structure and the coexistence of two materials with chemical stability,
morphologically through scanning electron microscopy, obtaining granularity, homogeneity, cluster
formation regions or metal–insulator. The electrical characterization was carried out by means of
electric resistivity and electrochemical impedance measurements to determine the dielectric constant of
the insulator and dielectric loss factor. Measurements of magnetic properties using ZFC-FC curves and
magnetic hysteresis between -3T and 3T fields for a range of temperatures from 50 K to 350 K, the
Meissner effect and transition temperatures. A study of the percolative effect of electric transportation
and electric and magnetic transitions to the superconducting phase-insulator transition, giving a
possible explanation for such behavior from an experimental theoretical perspective.
Sintesis, caracterizacion estructural y estudio magnético de la
nueva perovskita Sr2GdSbO6
Synthesis, structural characterization and magnetic study on novel
perovskite Sr2GdSbO6
N Montana1, C A Parra-Vargas1, D A Landinez-Tellez2 and D Martinez-Buitrago3
1
Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Grupo de Física de Materiales, Universidad
2
3
Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brazil
Resumen. En este trabajo se presenta la síntesis y caracterización de la nueva perosvkita doble
Sr2GdSbO6. La síntesis de material se llevo a cabo utilizando el método de reacción de estado sólido a
partir de óxidos de alta pureza. La caracterización estructural de la muestra se realizo a partir del
metodo de refinamiento Rietveld de los datos experimentales de difracción de rayos X. Los resultados
revelan que este material cristaliza en una estructura cúbica, grupo espacial Fm-3m (# 225), con
parámetro de red a = 8,2942 (7) Å. La caracterización morfológica se realizó mediante mediciones de
microscopía electrónica de barrido, en la que se observan grupos de moléculas con 0,25 µm tamaño
medio de grano. Las mediciones de magnetización en función de la temperatura de 50 K hasta 300 K,
y la histéresis magnética entre -3,0 T a 3,0 T, mostraron el comportamiento paramagnético de material
con un momento magnético efectivo μeff = 7,909 μB obtenidos a partir de un ajuste de Curie.
Abstract. In this paper we present the synthesis and characterization of the new double perosvkite
Sr2GdSbO6. The synthesis of material was carried out using the solid-state reaction method from high
purity oxides. Structural characterization of the sample was performed from Rietveld refinement of Xrays diffraction experimental data. Results reveal that this material crystallizes in a cubic structure,
space group Fm-3m (#225), with lattice parameter a = 8.2942(7) Å. The morphological
characterization was performed by measurements of scanning electron microscopy, in which clusters
of molecules are observed with 0.25 m average grain size. Measurements of magnetization as a
function of temperature from 50 K up to 300 K, and magnetic hysteresis between -3.0 T to 3.0 T,
showed the paramagnetic behavior of material with effective magnetic moment μeff = 7.909 μB
obtained from the Curie fitting.
Caracterización estructural y magnética del nuevo material tipo
perovskita GdMn1-xFexO3
Structural and magnetic characterization of the new GdMn1xFe xO3 perovskite material
J A Cardona-Vasquez1,2, D A Landínez-Téllez1, C A Collazos2 and J Roa-Rojas1
1
Colombia, Bogota D.C., Colombia
2
Grupo de Ciencias Básicas, Universidad Manuela Beltran, Bogota D.C., Colombia
Resumen. En este trabajo se presentan los detalles del proceso de síntesis del material tipo perovskita
GdMn1-xFexO3 por el método convencional de reacción en estado sólido. Durante la síntesis se estudió
la evolución de la face cristalina por difracción de rayos X (DRX) en polvos de los materiales,
observando que la reacción química de los óxidos precursores se hizo significativa por encima de 1000
°C. El refinamiento Rietveld de los patrones DRX muestra una estructura perovskita con distorsiones
octaédricas (grupo espacial Pbnm, Nº 62) para los valores estudiados de x (0, 0.1 y 0.2). El grado de
sustitución genera una tendencia creciente en los parámetros de red a y c, mientras que para el
parametro b esta tendencia es decreciente al igual que para el volumen de la celda unitaria. El efecto
del cambio en los parámetros de red afecta directamente a las distorsiones octaédricas, es decir, con el
aumento de grado de sustitución (aumento de parámetro c) los octaedros tienden a organizarse uno
sobre otro alineandose con el eje c. Se realizaron medidas de magnetización en función de la
temperatura por encima de la temperatura ambiente entre 300 K y 860 K con un campo aplicado de 20
Oe y por debajo de la temperatura ambiente en modo Field Cooling (FC) y Zero Field Cooling (ZFC)
entre 4,2 K y 300 K con una campo aplicado de 200 Oe. Por encima de la temperatura ambiente se
observa un comportamiento paramagnético para todos los valores de x, por otro lado a bajas
temperaturas (T < 30 K) se observan transiciones de fase magnéticas asociadas a la aparición de una
fase antiferromagnética. Además, para x = 0,1 la derivada de la magnetización muestra un pico
alrededor de 31 K, asociado a una transición ferrimagnética para este material. El ajuste Curie-Weiss
confirma el comportamiento antiferromagnético (ferrimagnético) de los materiales, también muestra
Que las configuraciones con x = 0 y x = 0,2 tienen un momento magnético efectivo muy similar al
reportado par el material sin dopaje, mientras que para x = 0,1 se observa un valor mayor, confirmando
el comportamiento ferrimagnético de esta configuración.
Abstract. In this paper we presents the synthesis process of the GdMn1-xFexO3 Perovskite Material by
conventional solid state reaction method. Crystalline phase evolution during the synthesis was studied
by X-ray Diffraction (XRD) in powder of the materials, observing that the chemical reaction of the
precursor oxides was significant above 1000 °C. Rietveld refinement of DRX patterns shows a
perovskite structure with octahedral distortions (space group Pbnm, # 62) for studied values of x (0, 0.1
and 0.2). The degree of substitution generates an increasing tendency on lattice parameters a and c,
while for b is decreasing just as for the volume of the unit cell. The effect of the change in the lattice
parameters directly affects the octahedral distortions, ie, with increasing degree of substitution
(increased parameter c) octahedra tend to arrange one above the other aligned with the c axis.
Magnetization measurements as a function of temperature were performed above room temperature
between 300 K and 860 K with an applied field of 20 Oe and below room temperature in Field Cooling
(FC) and Zero Field Cooling modes (ZFC) between 4.2K and 300K with an applied field of 200 Oe.
Magnetic behavior above room temperature is paramagnetic for all values of x, on the other hand at
low temperatures (T < 30 K) magnetic phase transitions associated to the apparition of an
antiferromagnetic phase are observed. In addition for x = 0.1 the derivative of magnetization shows a
peak around 31 K, associated to the ferrimagnetic transition for this material. Curie-Weiss fit reveals
the antiferromagnetic (ferrimagnetic) behavior of the materials, also shows that the configurations with
x = 0 and x = 0.2 have an effective magnetic moment very similar to the reported value of undoped
material, while for x = 0.1 a higher value is observed confirming the ferrimagnetic behavior of this
configuration.
Caracterización mecánica de mezclas de caucho hevea brasiliensis
con cauchos sintéticos comerciales
Mechanical characterization of hevea brasiliensis rubber mixtures
with commercial synthetic rubbers
J M Arguello1 and A Santos1
1
Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Pontificia Bolivariana Seccional
Bucaramanga, Bucaramanga, Colombia
Resumen. Este proyecto busca caracterizar mecánicamente a través de ensayos de resistencia a la
compresión y dureza shore, la mezcla del caucho natural hevea brasiliensis con los cauchos sintéticos
hule butadieno (BR), hule estireno-butadieno (SBR) y hule etileno-propileno-dieno (EPDM). Para cada
una de las mezclas estudiadas se realizaron 10 pruebas, cada una de las cuales aumentaba en 10% el
contenido de caucho sintético presente en la mezcla; cada prueba consistió en la realización de 5
ensayos de resistencia a la compresión y 5 ensayos de dureza shore. Las probetas fueron vulcanizadas
a una temperatura de 160 °C, durante un tiempo aproximado de 15 minutos, y los equipos utilizados en
la realización de los ensayos mecánicos fueron una máquina universal marca Shimadzu y un
durómetro HARTIP 1500. Los resultados muestran que la dureza shore se incrementa directamente
proporcional, con una tendencia lineal, con el contenido de caucho sintético BR, SBR o EPDM
presente en la mezcla, siendo el EPDM el más influyente. Con respecto a la resistencia a la compresión
se observa que el contenido de BR o SBR incrementa ésta propiedad de forma directamente
proporcional a través de una tendencia lineal; mientras que el contenido de EPDM también la
incrementa pero con una tendencia polinomial.
Abstract. This project aims to characterize mechanically, through compression resistance and shore
hardness tests, the hevea brasiliensis natural rubber mixtures with synthetic butadiene rubber (BR),
styrene-butadiene rubber (SBR) and ethylene-propylene-diene monomer (EPDM). For each of the
studied mixtures were made 10 tests, each of them increased in 10% the synthetic rubber content
present in the mixture; each test consisted in the realization of 5 compression resistance tests and 5
shore hardness tests. The specimens were vulcanized at a temperature of 160 °C for approximately 15
minutes and the equipment used in the mechanical tests performance were a Shimadzu universal
machine and a HARTIP 1500 durometer. The results show that the shore hardness increases directly
proportional, with a linear trend, with the content of synthetic rubber BR, SBR or EPDM in the
mixture, being EPDM the most influential. With respect to compression resistance, is observed that the
content of BR or SBR increases this property directly proportional through a linear trend; while the
EPDM content also increases it but with a polynomial trend.
Influencia del proceso de densificación en las propiedades
microestructurales, eléctricas y ópticas de cerámicas PLMN-PT
dopadas con Er+3
Influence of Densified Process on Microstructural, Electrical and
Optical Properties of PLMN-PT Ceramics Doped with Er+3
J D Rincon1, F A Londono1 and D Garcia2
1
Grupo de Estado Sólido, Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellin, Colombia
2
Ferroelectric Ceramics Group, Physics Department, Federal University of São Carlos, São
Carlos, Brazil
Resumen. Ceramicas ferroelectricas transparentes PLMN-PT dopadas con 0.5% de Er+3 fueron
preparadas por reación de estado solido usando el método de la columbita y densificadas por spark
plasma sintering (SPS), prensado uniaxial a caliente (HP) y síntesis convencional. En este trabajo, se
revisa y discute la influencia de la densificación en las propiedades microestructurales, estructurales,
eléctricas y ópticas de las cerámicas. Se observaron muestras completamente compactadas sin
porosidad y microestructura homogénea. La densidad de las cerámicas cerca del valor teórico (mayor
que 99%) pudo ser alcanzado fácilmente en SPS y HP y el post-recocido de cerámicas sintetizadas
obtenidas por SPS elimina la decoloración y mejora la transparencia. También se observó una
variación de las propiedades en función del proceso de densificación. Esto sugiere que las propiedades
eléctricas y ópticas son favorecidas por HP.
Abstract. Transparent ferroelectric ceramic of 0.5% Er +3 doped PLMN-PT were prepared by solid
state reaction using the columbite method and densified by spark plasma sintering (SPS), uniaxial hot
pressing (HP) and conventional sintering (CS). In this work, we review and discussed the influences of
densification on microstructural, structural, electrical and optical properties of the ceramics. It was
observed that fully compacted specimens were obtained without porosity and homogeneous
microstructure. Density of ceramics close to theoretical value (more than 99%) could be reached easily
by SPS and HP and the post-annealing of sintered ceramics obtained by SPS removes discoloration
and improves transparency. Also a variation of properties in function of the densification process is
observed. This suggests that electrical and optical properties are favored by HP.
Síntesis de la perovskita compleja Sr 2HoNbO6 como potencial
sustrato para el crecimiento de películas superconductoras de
YBa2Cu3O7-
Synthesis of the Sr2HoNbO6 complex perovskite as potential
substrate for YBa2Cu3O7- superconducting films
R Beltrán-Rodríguez1, C A Parra-Vargas2, G I Supelano2, D A Landínez-Téllez1 and J
Roa-Rojas1
1
Colombia, Bogotá DC, Colombia
2
Grupo Física de Materiales, Escuela de Física, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. El óxido de perovskita compleja Sr2HoNbO6 fue sintetizado mediante la técnica de reacción de estado
sólido. Los patrones de difracción de rayos X muestran que el material Sr2HoNbO6 presenta una estructura
cristalina cúbica característica de perovskitas dobles del tipo A2BB’O6, con constante de red a=8.198 Å, la cual se
encuentra cercana al parámetro de red del YBa2Cu3O7-. Estudios de dispersión de rayos X por electrones
muestran que el Sr2HoNbO6 está libre de impurezas. La estabilidad química entre la perovskita doble Sr2HoNbO6
y el superconductor YBa2Cu3O7- ha sido estudiada a través de experimentos de difracción de rayos X y medidas
de magnetización en función de la temperatura en los compósitos de Sr2HoNbO6-YBa2Cu3O7-. Los patrones de
difracción de rayos X para los compósitos mostraron únicamente picos de difracción correspondientes a los dos
compuestos Sr2HoNbO6 e YBa2Cu3O7- sin otras reflexiones extras. Este resultado implica que los compuestos
Sr2HoNbO6 e YBa2Cu3O7- permanecen en dos fases separadas dentro del compósito sin reacción química
detectable. La respuesta magnética muestra que la temperatura de transición del material superconductor
YBa2Cu3O7- no se ve afectada por la presencia del Sr 2HoNbO6 en los compósitos (alrededor de 90 K). Estas
características favorables del Sr 2HoNbO6 lo sugieren como potencial sustrato para el crecimiento de películas
superconductoras de YBa2Cu3O7-.
Abstract. The complex perovskite oxide Sr2HoNbO6 has been synthesized by solid-state reaction. X-ray
diffraction pattern reveal that Sr2HoNbO6 material has an ordered complex cubic structure characteristic of
A2BB’O6 crystalline structure with lattice constant a=8.198 Å, which has a fairly good lattice matching with
YBa2Cu3O7-. Energy dispersive x-ray analysis shows that Sr2HoNbO6 is free of impurity traces. The chemical
stability of Sr2HoNbO6 with YBa2Cu3O7- superconducting has been studied by x-ray diffraction and
measurements of magnetization as a function of temperature on Sr2HoNbO6-YBa2Cu3O7- composites. X-ray
diffraction patterns of the composite shown that all the X-ray diffraction peaks could be indexed for either
Sr2HoNbO6 or YBa2Cu3O7- with no extra peak detectable. This result implies that YBa2Cu3O7- and Sr2HoNbO6
compounds remain as two different separate phases in the composite with no chemical interaction. Magnetic
response shows that superconducting transition temperature of pure YBa2Cu3O7- and Sr2HoNbO6 - YBa2Cu3O7-
composites is approximately 90 K. These favourable characteristics of Sr2HoNbO6 show that it can be used as a
potential substrate material for growth of YBa2Cu3O7- superconducting films.
Cr-sustituido ferritas de Ni-Zn a través de la descomposición de
oxalate, las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas
Cr-substituted Ni-Zn ferrites via oxalate
structural, electrical and magnetic properties
decomposition,
M A Gabal1, Y M Al-Angari1 and F A Al-Agel1
1
Chemistry department, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah, KSA
Resumen. Una serie de Cr-sustituidos con ferritas de Ni-Zn; Ni0.8Zn0.2CrxFe2−xO4 (x = 0.0-1.0) fueron
preparadas a través de la descomposición del oxalato para evaluar el efecto de la sustitución de Cr
sobre las propiedades estructurales, magnéticas y eléctricas. Los polvos preparados se caracterizaron
mediante difracción de rayos X (XRD), transformada de Fourier (FT-IR) y microscopía electrónica de
transmisión de infrarrojos (TEM). El DRX identifico ferritas cúbicas monofásicas. Los parámetros de
red (AEXP) mostraron una disminución gradual con el aumento de cromo, que se atribuye a los radios
iónicos del Cr3+ sustituyente. De acuerdo con los datos estructurales obtenidos, se sugirió realizar una
apropiada distribución del catión, para la cual se sugirio utilizar la tecnica de espectroscopia FT-IR,
basada en mediciones magnéticas y eléctricas. La imagen TEM mostró una aglomeracion de cristales
cúbicos de tamaño medio aproximado de 20 nm. Las mediciones realizadas con la tecnica de
Magnetron de Muestra Vibrante (VSM), indicaron mínimas características de histéresis del material
magnético blando. La disminución de la magnetización de saturación (Ms) con la sustitución de Cr se
analizó mediante el modelo de dos sub-red de Neel. El cambio en la coercitividad con contenido de Cr
se discutió en vista de los valores estimados de distribución de cationes y de magnetización. La caída
evidente en la temperatura de Curie, que se calcula a partir de mediciones de susceptibilidad molares,
con el aumento de las concentraciones de Cr fue asignado a la sustitución gradual de los iones Fe3+ en
los sitios octaédricos de iones paramagnéticos Cr 3+. La conductividad de AC como una función de la
frecuencia y la temperatura absoluta exhibió un comportamiento semi-conductor. La disminución de la
conductividad con el aumento de contenido de Cr se atribuyó a la ocupación preferencial de iones Cr 3+
en los sitios octaédricos reemplazados por los iones de Fe3+ y la conducción de limitación de Fe2++Fe3+.
Abstract. A series of Cr-substituted Ni-Zn ferrites; Ni0.8Zn0.2CrxFe2−xO4 (x = 0.0–1.0) were prepared
via oxalate decomposition route to characterize the effect of Cr-substitution on structural, magnetic
and electrical properties. The prepared powders were characterized using X-ray diffraction (XRD),
Fourier transform infrared (FT-IR) and transmission electron microscopy (TEM). XRD indicated
single-phase cubic ferrites. The lattice parameters (aExp) exhibited a gradual decrease with increasing
chromium, attributed to the smaller ionic radii of Cr 3+ substituent. According to the obtained structural
data, an appropriate cation distribution was suggested and fortified through FT-IR spectroscopy
besides magnetic and electrical measurements. TEM image showed agglomerated cubic crystals with
an average size of about 20 nm. Vibrating sample magnetometer (VSM) measurements indicated
minimal hysteresis characteristic for soft magnetic material. The decrease in saturation magnetization
(Ms) with Cr-substitution was discussed in view of Neel’s two sub-lattice model. The change in the
coercivity with Cr-content was discussed in view of estimated cation distribution and magnetization
values. The obvious fall in the Curie temperature, estimated from molar susceptibility measurements,
with increasing Cr-concentrations was assigned to the gradual replacement of Fe3+ ions on the
octahedral sites by paramagnetic Cr3+ ions. AC-conductivity as a function of both frequency and
absolute temperature exhibited a semi-conducting behavior. The decrease in conductivity with
increasing Cr-content was attributed to the preferential occupation of Cr 3+ ions by octahedral sites
which replacing Fe3+ ions and limiting Fe2+–Fe3+ conduction.
Producción y caracterización del nuevo sistema superconductor
TR3Ba8Cu11Oy (TR= Sm, Y, Ho)
Production and characterization of new superconducting system
TR3Ba8Cu11Oy (TR=Sm, Y, Ho)
S Sandoval Gutiérrez1, G I Supelano2, J Roa-Rojas3 and C A Parra-Vargas3
1
Grupo Sistemas Dinámicos Universidad de los Llanos, Colombia
2
Grupo Física de Materiales, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja,
Colombia
3
Grupo Física de Nuevos Materiales, Universidad Nacional de Colombia, Bogota D.C.,
Colombia
Resumen. En éste trabajo se presenta la producción y caracterización estructural y magnética del
nuevo sistema superconductor TR:3811 (Tr= Sm, Y, Ho). Las muestras de TR fueron producidas por
el método de reacción de estado sólido. El análisis de las medidas de Difracción de Rayos X, a través
de la técnica de refinamiento Rietveld, permitieron inferir que el sistema presenta estructura tipo
Pmm2, con parámetros de red (a=3.82Å, b=4.22Å, c=42.02Å). Las medidas de Magnetización fueron
realizadas por medio del equipo VSM–VERSALAB con variación de campo magnético de 100 Oe a
7000 Oe y temperatura de 50 a 350 K, demostrando transición superconductora del orden de los 90 K.
Abstract. The production and the structural and magnetic characterization of the new superconductor
system TR:3811 (TR= Sm, Y, Ho) is presented in this work. The samples were produced by the solid
state reaction method. The analysis of the measures of the diffraction X-ray, through Rietveld
refinement technique, allowed to infer that the system presents a Pmm2 type structure, with the
following lattice parameters (a= 3.82Å, b= 4.22Å, c= 42.02Å). The magnetization measurements were
made by using the VSM-VERSALAB equipment with varying magnetic field from 100 Oe to 7000
Oe, and a temperature from 50 K to 350 K, showing the superconducting transition in the order of 90
K.
Estructura fina de los espectros raman de carbones colombianos y
su correlación con propiedades fisicoquímicas
Fine structure of raman spectra by colombian coals and its
correlation with physico-chemical properties
C A Sanchez-Torrado1, R Cabanzo1 and E Mejía-Ospino1
1
Laboratorio de Espectroscopía Atómica y Molecular (LEAM), Universidad Industrial de
Resumen. Colombia cuenta con grandes reservas de carbón y una participación en la producción
mundial del 6.3%, siendo el sexto exportador de carbón. El 95% de las reservas del país se ubican en
los departamentos de La Guajira, Cesar, Córdoba, Norte de Santander, Cundinamarca, Boyacá,
Antioquia, Valle del Cauca y Cauca. Para determinar la calidad del carbón existen múltiples ensayos
que sirven para conocer los diferentes contenidos elementales y propiedades fisicoquímicas, sin
embargo a pesar que se han desarrollado equipos automatizados para la realización de los
procedimientos, estos requieren grandes cantidades de tiempo y dinero para ejecución. En este trabajo
se analizarán carbones colombianos y se explorará si hay correlación entre los parámetros obtenidos a
partir de la deconvolución del primer orden del espectro Raman (rango 1100-1800 cm-1): centro de los
picos, área bajo la curva, Ancho medio a altura media (FWHH) y altura con propiedades
fisicoquímicas tales como: Porcentaje de cenizas, materia volátil, carbono fijo y poder calorífico con el
fin de establecer un procedimiento ágil que permita predecir las propiedades.
Abstract. Colombia has large reserves of coal and a share in world production of 6.3%, the sixth
largest exporter of coal. 95% of the country's reserves are located in the departments of La Guajira,
Cesar, Norte de Santander, Cundinamarca, Boyacá, Antioquia, Valle del Cauca and Cauca. To
determine the quality of coal there are multiple tests used to know the different elementary content and
physicochemical properties, but despite that have developed automated equipment to perform
procedures, these require large amounts of time and money to run. In this paper Colombian coals are
analyzed and explored whether there is a correlation between the parameters obtained from the
deconvolution of the first order Raman spectrum (range 1100-1800 cm-1): central peaks, area under
the curve, half width at half height (FWHH), height and physicochemical properties such as:
Percentage of ash, volatile matter, and fixed carbon and calorific value in order to establish a practical
procedure to predict the properties.
Montaje experimental de un sistema de medidas magnetoeléctricas
operando a diferentes temperaturas
An experimental setup a magnetoelectric measurement system
operating to different temperatures
K Gil1, J Gil1, B Cruz1, A Ramírez1 and M Medina1
1
Grupo de Investigación en Propiedades Magnéticas y Magneto Ópticas de Nuevos
Materiales, Departamento de Física, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia
Resumen. El efecto magnetoeléctrico es el fenómeno por el cual mediante un estímulo magnético se
puede producir una respuesta eléctrica o viceversa. Para la implementación de un equipo de medición
del voltaje magnetoeléctrico mediante el método dinámico, de un material a temperatura diferente a la
del ambiente, se segmentó el sistema en un conjunto eléctrico y uno de instrumentación y control. Se
plantearon los criterios para el diseño y la elección de elementos que el experimentador debe tener en
cuenta, haciendo énfasis en el diseño del portamuestra que básicamente es el componente diferente
entre el sistema operando a baja o alta temperatura y el que opera a temperatura ambiente. El equipo
experimental consta de un electroimán con densidad de flujo magnético DC en un rango de (0,0 a
160,0) mT, una bobina de Helmholtz que opera con un B sinusoidal entre (0,0 y 1,6) mT, un sensor de
temperatura PT100 y para el control de la temperatura se utilizó una resistencia de calefacción tubular,
un control de temperatura Checkman, un SSR de 40 A. Como aplicación del sistema se midió el
coeficiente magnetoeléctrico transversal y longitudinal para una película delgada de BiFeO 3 a
temperatura ambiente, 307 K y 278 K, se observó que el comportamiento del voltaje magnetoeléctrico
longitudinal y transversal concuerda con el reportado y su valor disminuyó al aumentar la temperatura.
Abstract. The magnetoelectric effect is the phenomenon whereby through a magnetic stimulation can
produce an electrical response or viceversa. For implementing a magnetoelectric measurement system
using the dynamic method and operating to different temperatures from the room temperature, the
system was divided into an electrical assembly and instrumentation and control assembly. The criteria
for the design and choice of elements that the experimenter should consider were raised, emphasizing
the design of the sample holder which is basically the different component between the system
operating at low or high temperature and a device operating at room temperature. The experimental
setup consists of an electromagnet with DC magnetic flux density in a range of (0,0 to 160,0) mT, a
Helmholtz coil operating with a sinusoidal B between (0,0 and 1,6) mT; PT100 temperature sensor and
a tubular heating resistor to control the temperature, a Checkman temperature control and a SSR 40 A.
Finally was measured transverse and longitudinal magnetoelectric coefficient for a BiFeO3 thin film at
room temperature, 307 K and 278 K, it was observed that the behavior of the longitudinal and
transverse magnetoelectric voltage matches the values reported and decreased with increasing
temperature.
Estudio de las propiedades estructurales y magnéticas de BiFeO3
dopado con Itrio
Study of structural and magnetic properties of Yttrium
substituted BiFeO3
E R Ochoa-Burgos1, J A Mejía-Gómez2 and C A Parra-Vargas1
1
Grupo de Física de Materiales, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad
2
Grupo GIFAM, Facultad de Ciencias, Universidad Antonio Nariño, Tunja, Boyacá
Colombia
Resumen. Muestras de BiFeO3 dopadas con Itrio (Bi1-xYxFeO3; x= 0, 0.5, 1.0, 1.5 y 2.0) fueron
preparadas por reacción de estado sólido. Un análisis morfológico obtenido por microscopia
electrónica de barrido indicó un comportamiento granular. Los resultados de difracción de rayos X
mostraron que el principal compuesto, BiFeO3, cristaliza en una estructura tipo R3c. La medidas de
magnetización llevadas a cabo en un magnetómetro VERSALAB evidenciaron los efectos del Y en la
estructura de la ferrita de bismuto.
Abstract. Yttrium substituted Bi1-xYxFeO3 (x= 0, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0) samples were prepared by solid
state reaction technique. Morphological analysis obtained by Scanning Electron Microscopy (SEM)
technique indicated mainly granular behavior. From X-ray diffraction (XRD) structural properties
were studied obtaining lattice distortion. Rietveld refinement of experimental X-ray diffraction
patterns showed that BiFeO3 compound crystallizes in a R3c type structure. Magnetization
measurements in function of the temperature, M(T), were performed with the magnetometer
VERSALAB by means of the Zero Field Cooled–Field Cooled method (ZFC-FC). The obtained
magnetic responses evidenced the effect of Y on the magnetic properties of BiFeO3.
Prediccion de la calidad de coques obtenidos en los procesos de
conversión de fondos de vacío usando espectroscopia infrarroja
ftir-art
Prediction of the quality of coke obtained in processess of
conversion from vacuum residues by using spectroscopy infrared
ftir-art
A Y León1, A Rodríguez1, Rafael Cabanzo1 and E Mejía-Ospino1
1
Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia
Resumen. Considerando la tendencia de los crudos pesados y la alta demanda de combustibles se
proyecta un alto incremento en la producción de fondos de vacío. Con el propósito de aprovechar estas
cargas, se han venido mejorando los procesos de conversión hacía destilados y al mismo tiempo para
mejorar su calidad. Sin embargo, a medida que incrementan las condiciones de severidad y el
contenido de especies como resinas y asfaltenos se obtienen altas concentraciones de coque. Para
proporcionar una idea de la calidad y propiedades de los coques en este estudio se seleccionaron
cincuenta (50) muestras obtenidas a partir de fondos de vacío procesados bajo condiciones de craqueo
térmico e hidroconversión. Cada uno de los coques seleccionados fue caracterizado con propiedades
como carbono fijo, el material volátil, cenizas, humedad y el poder calorífico. Adicionalmente, para
predecir estas propiedades se desarrolló una metodología de caracterización usando análisis
multivariable con modelos de regresión sobre mínimos cuadrados parciales usando espectroscopia en
la región del infrarrojo medio (FTIR-ATR) en el rango espectral de 4000 a 500 cm-1. La técnica de
quimiometria empleada permite predecir la calidad de los coques obtenidos a partir de fondos de vacío
con respuestas confiables en cortos periodos de tiempo.
Abstract. According to the trend of the heavy crudes and high demand of fuels, it is projected a
considerable increase in the production of vacuum residues. With the purpose of take advantage of
these loads, the refineries have been improving conversion processes for the production of better
quality distillates. However, as increasing the severity conditions and the species content of resins and
asphaltenes high concentrations of coke are obtained. To provide an insight into the quality and
properties of coke, in this study were selected fifty (50) samples obtained from vacuum residues
processed under thermal cracking and hydroconversion conditions. Cokes selected properties were
characterized as fixed carbon, volatile matter, ash, humidity and calorific power. Additionally, to
predict these properties characterization methodology was developed using multivariate analysis from
the infrared spectroscopy (FTIR-ATR) in the spectral range from 4000 to 500 cm-1. The models
obtained by Chemometrics allow predict the quality of the coke produced from vacuum residues with
reliable responses in short periods of time.
Estudio cinético del craqueo térmico de fondos de vacío y sus
fracciones sara por termogravimetria
Kinetic study of thermal cracking of vacuum residues and its sara
fractions by using thermogravimetry
A Y León1, Ivan Suarez1 and Dionisio Laverde1
1
Resumen. El estudio de la reactividad térmica por termogravimetría se realizó para seis (6) fondos de
vacío obtenidos a partir de mezclas de crudos de Colombia y de sus fracciones SARA (Saturados,
Aromáticos, Resinas y Asfaltenos). Los ensayos por termogravimetría se realizaron incrementando la
temperatura de 25°C a 650°C con velocidades de calentamiento de 5-10-15 °C/min en una
termobalanza TA Instruments TGA/2050 en atmosfera inerte controlada con nitrógeno con flujo de 50
ml/min. Los parámetros cinéticos se determinaron con el método diferencial a partir de modelos
propuestos en literatura que mejor se ajustaron a los datos considerando los coeficientes de
determinación y de sumatoria de errores cuadrados medios. La tendencia de las curvas de conversión
fraccional (α) de las muestras evaluadas mostraron dos zonas de reactividad correspondientes a las
etapas de destilación y craqueo térmico, las cuales presentaron energías de activación en los rangos de
117.25 a 292.37 [KJ mol -1] y 391.90 a 739,86 [KJ mol -1], respectivamente. La energía de activación
en la zona de craqueo para los fondos de vacío aumenta con el contenido de resinas y asfaltenos. Los
resultados indican que el comportamiento del fondo durante el craqueo térmico depende de la
naturaleza y contenido composicional SARA.
Abstract. The study of thermal reactivity by using thermogravimetry was performed to six vacuum
residues from crude mixtures of Colombia and its SARA fractions (Saturates, Aromatics, Resins, and
Asphaltenes). The tests of thermogravimetry were performed increasing the temperature from 25 ° C to
650 ° C with heating rates of 5-10-15 ° C / min on a TA Instruments TGA thermobalance / 2050, in an
inert atmosphere controlled with nitrogen flow of 50 ml / min. The kinetic parameters were determined
using the differential method from models proposed in literature that best were adjusted to the data
considering the coefficients of determination and mean square error. The trend of curves fractional
conversion (α) of the samples tested showed two reactivity zones corresponding to the stages of
distillation and thermal cracking, of which presented activation energies in the range of 117.25 to
292.37 [KJ mol -1] and 391.90 to 739.86 [kJ mol -1], respectively. The activation energy in the
cracking zone for vacuum residues increases with the content of resins and asphaltenes. The results
indicate that the behavior of the vacuum residue during thermal cracking depends on the nature and
composition SARA.
Metodología para la predicción y extensión de las curvas de
destilación de los fondos de vacío utilizando funciones de
probabilidad
Methodology for the prediction and extension of curves of
distillation of vacuum residue using probability functions
A Y León1, P A Riaño1 and D Laverde1
1
Santander, Colombia
Resumen. El uso de las funciones de probabilidad para la predicción de curvas de destilación de
crudos ha sido implementado en diferentes estudios de caracterización para los procesos de refinación.
El estudio de cuatro funciones de probabilidad fue analizado en este trabajo para el ajuste de curvas de
destilación de fondos de vacío. Luego de analizar los datos experimentales fue seleccionada la función
de Weibull Extreme como la mejor función de predicción considerando los parámetros de estimación
AIC (Akaike Information Criterion), BIC (Bayesian information criterion) y coeficiente de correlación
R2. Para cubrir un amplio intervalo de composiciones se seleccionaron setenta y cinco (75) fondos de
vacío provenientes de mezclas de crudos de Colombia. Los parámetros de la función de probabilidad
Weibull Extreme fueron ajustados a partir de propiedades sencillas de medir como densidad, índice de
refracción, carbón conradson y análisis composicional SARA (saturados, aromáticos, resinas y
asfaltenos). El método propuesto es una herramienta adecuada para describir la tendencia de las curvas
de destilación y ofrece un enfoque práctico en términos de clasificación de fondos de vacío. Como
alternativa, se propone una nueva correlación para calcular el peso molecular a partir de la temperatura
promedio de ebullición de las curvas de curvas de destilación extendidas.
Abstract. The use of the probability functions for the prediction of crude distillation curves has been
implemented in different characterization studies for refining processes. The study of four functions of
probability (Weibull extreme, Weibull, Kumaraswamy and Riazi), were analysed in this work for the
fitting of curves of distillation of vacuum residues. After analysing the experimental data was selected
the Weibull extreme function as the best prediction function considering the estimation parameters
AIC (Akaike Information Criterion), BIC (Bayesian information Criterion), and correlation coefficient
R2. To cover a wide range of composition were selected seventy-five (75) vacuum residues derived
from crude mixtures Colombia. The parameters of the probability function Weibull Extreme were
adjusted from simple measure properties such as density, refractive index, Conradson Carbon Residue
(CCR), and compositional analysis SARA (saturates, aromatics, resins and asphaltenes). The proposed
method is an appropriate tool to describe the tendency of distillation curves and offers a practical
approach in terms of classification of vacuum residues. In addition, a new correlation is proposed for
calculating the molecular weight from the average boiling temperature of the distillation curves
extended.
Estudio de la reactividad del craqueo termico de fondos de vacio
Reactivity study of thermal cracking of vacuum residues
A Y León1, R Cristopher-Rodríguez1, S D Díaz1 and D Laverde1
1
Santander, Colombia
Resumen. En el presente trabajo se estudia la reactividad del proceso de craqueo térmico de siete (7)
fondos de vacío provenientes de mezclas de crudos Colombianos. Las pruebas de craqueo térmico se
realizaron en atmosfera con nitrógeno a 120 psi en el intervalo de temperatura de 430 a 480 °C durante
20 minutos. Las condiciones de temperatura fueron establecidas considerando la máxima de
conversión fraccional reportada en los ensayos de termogravimetría en el rango de temperatura de 25 a
600 °C con una velocidad de calentamiento constante de 5 ºC/min y en atmósfera de nitrógeno con
flujo de 50 ml/min. Los productos obtenidos fueron separados en gases, destilados y coque. Los
resultados revelan que el comportamiento de la reactividad térmica sobre la composición química es
más prominente en los fondos de vacío con mayor contenido de aromáticos, resinas y asfaltenos.
Finalmente, se desarrollaron correlaciones para predecir el porcentaje en peso de los productos
formados a partir de las propiedades fisicoquímicas de los fondos de vacío como CCR, SARA
(saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos) y densidad. Los resultados proporcionan nuevos
conocimientos sobre el efecto de la temperatura y naturaleza de los fondos de vacío en los procesos de
conversión térmica.
Abstract. This study focused on the process reactivity of thermal cracking of seven (7) vacuum
residues from Colombian crude oils mixtures. The thermal cracking experiments were carried out
under a nitrogen atmosphere at 120 psi between 430 to 480 ºC for 20 minutes. The temperature
conditions were established considering the maximum fractional conversion reported in the tests of
thermogravimetry performed in the temperature range of 25 to 600 ° C with a constant heating rate of
5 ° C / min and under a nitrogen atmosphere with rate of 50 mL / min. The obtained products were
separated in to gases, distillates and coke. The results indicate that the behavior of thermal reactivity
over the chemical composition is most prominent for the vacuum residues with higher content of
aromatics, resins and asphaltenes. Finally some correlations were obtained in order to predict the
weight percentage of products from properties such as CCR, SARA (saturates, aromatics, resins,
asphaltenes) and density. The results provide new knowledge of the effect of temperature and the
properties of vacuum residues in thermal conversion processes.
Estudio de la reactividad de fondos de vacio en condiciones de
hidroconversion
Reactivity study
conditions
of
vacuum
residues
in
hydroconversion
A Y León1, J O Espinosa1, D L Mendoza1 and D Laverde1
1
Santander, Colombia
Resumen. En este trabajo se estudia el empleo de catalizadores homogéneos líquidos en la reactividad
de fondos de vacío bajo diferentes condiciones de hidroconversión. Para cubrir un amplio intervalo de
composiciones se seleccionaron seis (6) fondos de vacío provenientes de mezclas de crudos de
Colombia. Las pruebas de hidroconversión se realizaron un reactor batch en atmosfera con hidrogeno a
2000 psi aproximadamente en el rango de temperatura entre 410 y 480 °C. Los resultados permitieron
establecer que la reactividad en condiciones de hidroconversión sobre la formación de coque es
superior en los fondos de vacío con mayor contenido de resinas y asfaltenos. Las condiciones de
reacción favorecen la formación de destilados; sin embargo, con el incremento de las condiciones de
severidad, el rendimiento de destilados disminuye debido a su transformación hacia gases. Con la
presencia del catalizador se logró inhibir la formación de coque entre 75 y 40 por ciento en masa en el
rango de temperatura de 410 y 460 °C en comparación con las pruebas realizadas sin catalizador. Por
tanto, el uso de catalizadores homogéneos es una alternativa para el tratamiento de fondos de vacío y
sus resultados son satisfactorios en los procesos de conversión.
Abstract. In this work is studied employment of homogeneous catalysts liquid in reactivity of vacuum
residues under hydroconversion different conditions. To cover a wide range of compositions were
selected six (6) vacuum residues from crude mixtures of Colombia. Hydroconversion tests were
performed in batch reactor with hydrogen atmosphere at 2000 psi approximately, in a temperature
range between 410 and 480 °C. The results allowed establishing that the reactivity hydroconversion
conditions on coke formation are higher in vacuum residues with higher content of resins and
asphaltenes. The reaction conditions favor the formation of distillates; however, with increasing
severity conditions, the distillate yield decreases due to its transformation into gases. With the presence
of the catalyst it was possible to inhibit coke formation between 75 and 40 percent by mass in the
temperature range 410 and 460 ° C compared to the tests performed without catalyst. Therefore, the
use of homogeneous catalysts is an alternative for treatment of vacuum residues and its results are
satisfactory in the conversion processes.
Caracterización estructural, magnética y mössbauer de
manganitas La2/3Ca1/3Mn1-xFexO3 (0 ≤ x ≤ 0.1) dopadas con 57Fe
Structural, magnetic and mössbauer characterization of 57fe doped
La2/3Ca1/3Mn1-xFexO3 (0≤ x ≤ 0.1) manganites
L C Sánchez1, D Durango2 and O Arnache3
1
Grupo Avanzado de Materiales y Sistemas Complejos (GAMASCO), Departamento de
Física, Universidad de Córdoba, Colombia
2
Grupo Ingeniería, Ciencia y Tecnología (ICT), Universidad de Córdoba, Colombia
3
Grupo de Estado Sólido, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,
Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. Se estudió el efecto de la substitución de 57Fe en las propiedades magnéticas y estructurales
en manganitas La2/3Ca1/3Mn1-xFexO3 (LCMFO; x=0, 5 y 10 %). Las muestras fueron preparadas por el
método de reacción de estado sólido convencional, y los productos finales fueron caracterizados
mediante Difracción de Rayos X (XRD), Espectroscopia Mössbauer y medidas magnéticas. Solo una
única fase correspondiente a la fase de manganita fue detectada sin la presencia de impurezas o fases
de hierro. Los parámetros hiperfinos de los espectros Mössbauer (MS) tomados para las muestras
dopadas a diferentes temperaturas revelan la única presencia de iones Fe3+ en coordinación octahedral,
sin presencia de impurezas u otros estados de oxidación del hierro. A bajas temperaturas, los MS
fueron ajustados con un modelo de tres componentes asociadas a tres fases magnéticas de hierro
(estados ferromagnético y paramagnético). Estas fases magnéticas ordenada y no ordenada están
relacionadas con los efectos de una distribución de tamaños de granos en las muestras LCMFO.
Finalmente, cambios significativos fueron observados en la magnetización de saturación, temperatura
de Curie y campo coercitivo con el incremento del nivel de dopante.
Abstract. We have studied the effect of 57Fe substitution on magnetic and structural properties in
La2/3Ca1/3Mn1-xFexO3 (LCMFO; x=0, 5 and 10 %) manganites. The powders were prepared by standard
solid state reaction method, and the final products were characterized by X-Ray Diffraction (XRD),
Mössbauer Spectrometry and Magnetic Measurements. Only one single phase corresponding to the
manganite phase was detected without presence of impurities or iron phases. The hyperfine parameters
of Mössbauer spectra (MS) taken at different temperatures for the doped samples reveal the only
presence of Fe3+ ions in octahedral coordination, without presence of impurities or other iron oxidation
states. At low temperatures, the MS spectra were fitted with a model of three components associated to
three magnetic phases of iron (ferromagnetic and paramagnetic states). These ordered and not ordered
magnetic phases are related to the effects of grain size distribution in LCMFO samples. Finally,
significant changes were observed in the saturation magnetization, Curie temperature and coercivity
field with increasing of iron doping level.
Caracterización espectroscópica y determinación del rendimiento
cuántico de fluorescencia de puntos cuánticos de CdTe y
CdSe/ZnS
Spectroscopy characterization and fluorescence quantum yield
determination of CdTe and CdSe/ZnS quantum dots
S N Contreras-Ortiz1, E Mejía-Ospino1 and R Cabanzo1
1
Laboratorio de Espectroscopía Atómica y Molecular, Universidad Industrial de Santander,
Bucaramanga, Colombia
Resumen. Los puntos cuánticos de semiconductores han despertado gran interés debido a sus variadas
propiedades. En este trabajo se caracterizaron dos tipos de puntos cuánticos, uno hidrofílico (CdTe) y
otro hidrofóbico (CdSe/ZnS), el primero con estructura de núcleo expuesto y el segundo, con
estructura de corteza-núcleo. La caracterización se realizó mediante las técnicas espectroscópicas UVVis, fluorescencia y Raman. Con los resultados de las pruebas de fluorescencia se logra determinar el
rendimiento cuántico del CdTe en agua tipo 1 y del CdSe/ZnS en n-hexano. Para la excitación del
CdTe y CdSe/Zns se usaron unas longitudes de onda de 549nm y 527nm respectivamente. Se usó el
sulfato de quinina 0,1N en ácido sulfúrico como patrón de referencia que tiene rendimiento cuántico
del 56%. Los resultados indican que el CdSe/ZnS presenta un mayor rendimiento cuántico (49%) que
el CdTe (46%). Con el análisis Raman se logran caracterizar estos puntos cuánticos obteniendo las
señales propias de vibración, para el CdTe en 83,4cm -1 y en 155cm-1 correspondientes a las
interacciones entre Te-Te y Cd-Te respectivamente; para el CdSe/ZnS se presentaron señales en
143,5cm-1 y 202,2cm-1 características de las vibraciones entre el Cd-Se y el Zn-S respectivamente. Los
resultados obtenidos muestran que los puntos cuánticos tienen un muy buen comportamiento
fluorescente y que pueden ser el reemplazo de colorantes gracias a su baja toxicidad.
Abstract. Semiconductor quantum dots have attracted great interest for their properties. In this work,
we characterized two kinds of quantum dots: hydrophilic (CdTe) and hydrophobic (CdSe/ZnS). The
first with structure of exposed core, and the second with structure core/shell. The characterization was
performed through the spectroscopy techniques UV-Vis, fluorescence and Raman. With this
fluorescence test, we could determine the quantum yield of CdTe in water type 1 and the CdSe/ZnS in
n-hexane. For the CdTe and CdSe/ZnS excitation we used a wavelength of 549nm and 527nm
respectively. We used quinine sulphate 0,1N in sulphuric acid as a pattern with a quantum yield of
56%. The results show that CdSe/ZnS has more quantum yield (49%) than the CdTe (46%). With the
Raman test, we could characterize these quantum dots getting signals for the CdTe in 83, 4cm-1 and
155cm-1 corresponding to the Te-Te and Cd-Te interactions respectively. For the CdSe/ZnS, they
showed signals in 143,5cm-1 and 202,2cm-1 correspondent to the Cd-Se and Zn-S vibrations
respectively. The results show that the quantum dots are good fluorescents and that they could be a
replacement to the dyes for their low toxicity.
Relación entre patrones de dominios ferroeléctricos y propiedades
de la cerámica PLT21
The relationship between ferroelectric domain pattern and
properties of PLT21 ceramics
F A Londono1, J A Eiras2 and D Garcia2
1
2
Ferroelectric Ceramics Group, Physics Department, Federal University of São Carlos,
Brazil
Resumen. La luz que pasa a través de un cristal ferroeléctrico tiende a dividirse en varios haces
separados debido a la refracción y reflexión en las paredes de dominio. Esta interacción de la luz con
los dominios ferroeléctricos se convierte en una de las características más importantes de los
materiales ópticos optoelectrónicos y no lineales. Recientemente, titanato de plomo modificado con
lantano (PLT ) se ha convertido en popular porque posee propiedades interesantes, como son, una
temperatura de Curie baja, un campo coercitivo inferior, y pequeñas polarizaciones remanentes cuando
se compara con el PZT. Tambien tiene un gran potencial para aplicaciones ópticas y electro ópticos no
lineales. En este trabajo, se propone un modelo sencillo teniendo en cuenta la transmisión óptica y
reordenamiento de la estructura de dominios ferroeléctricos en la cerámica PLT21 en función de la
temperatura. Se observó la variación del comportamiento dieléctrico, óptico y electro-óptico en
función de la temperatura y se correlacionó con la visualización óptica de los dominios ferroeléctricos
del material.
Abstract. The light passing through a ferroelectric crystal tends to split into several separate beams
due to refraction and reflection at the domain walls. This interaction of light with ferroelectric domains
becomes one of the most important features of modern optoelectronic and nonlinear optics materials.
Recently, lanthanum modified lead titanate (PLT) has become popular because it possesses interesting
properties such as a lower Curie temperature, a lower coercive field, and smaller remanent
polarizations than PZT and has great potential for nonlinear optical and electro optical applications. In
this work, we propose a simple model taking into account the optical transmission and rearrangement
of the ferroelectrics domains structure on the PLT21 ceramic in temperature function. The variation of
dielectrical, optical and electro-optical measurement in function of temperature were observed and
correlated with the optical visualization of ferroelectric domains.
Efecto del pH de síntesis en las propiedades estructurales y ópticas
del TiO2 por el método sol-gel
Influence of the pH of the synthesis using sol-gel method on the
structural and optical properties of TiO2
J Jaramillo-Ramírez1, B A Garzón-Cifuentes1 and L Tirado-Mejía1
1
Instituto Interdisciplinario de las Ciencias, Universidad del Quindío, Colombia
Resumen. La fotocatálisis con materiales semiconductores, en especial TiO2, ha presentado ventajas
sobre otros tratamientos de oxidación avanzada que degradan contaminantes en agua. En este trabajo
se presenta el efecto del pH de la solución utilizada en la fabricación del semiconductor por el método
de sol-gel, en sus propiedades físicas. Se sintetizaron diferentes muestras utilizando como
catalizadores hidróxido de amonio (NH4OH) y ácido nítrico (HNO3) para proporcionar medios de pH
básico y ácido, respectivamente. Se estudiaron los cambios en la composición, estructura y morfología
de las muestras y se analizó su dependencia con respecto al pH de síntesis. Los resultados para catálisis
básica fueron formación de la fase anatasa del TiO2 y tamaño de cristalito calculado por el método
Rietveld inferior a 20nm; las partículas forman aglomerados del orden de 100nm; el tamaño promedio
de poro se encuentra en el rango de los mesoporos y el área superficial aumenta con la cantidad de
NH4OH agregado en el proceso. Para catálisis ácida se obtiene una mezcla de 2 fases cristalinas,
anatasa y rutilo, y tamaños de cristalito de ~16 y ~44nm, respectivamente, mientras que el tamaño de
grano está varios órdenes de magnitud por encima del obtenido con catálisis básica, pero con un
tamaño de poro inferior. Se midió la actividad fotocatalítica utilizando soluciones de azul de metileno
sometidas con el fotocatalizador a radiación observándose una mayor eficiencia en los
fotocatalizadores sintetizados con NH4OH.
Abstract. The photocatalysis process using semiconductor materials, in particular TiO2, is one of the
most attractive treatment for polluted waters decontamination because of its advantages over other
oxidation processes. In this study the effect on the physical properties of TiO2 due to the pH used
during the manufacture of semiconductor is studied. Different samples as catalysts were synthesized
using ammonium hydroxide (NH4OH) and nitric acid (HNO3) to provide basic and acid pH
environments, respectively. The changes in composition, structure and morphology of the samples
were studied and its dependence with the pH of the synthesis is discussed. The results indicate that the
base catalysis favours the formation of anatase TiO2 crystalline phase with crystallite size below 20 nm
obtained by Reitveld refinement; the spherical particles formed agglomerates of about 100 nm; the
average pore size is in the range of mesopores and the surface area increases with the amount of
NH4OH added in the process. On the other hand, with acid catalysis, a mixture of two crystalline
phases, anatase and rutile, was obtained with crystallite sizes around 16 and 44nm, respectively. The
grain size is several orders of magnitude higher than those of the basic catalysis but with smaller pore
size. The photocatalytic activity was measured using methylene blue solutions to determine their
degradation with radiation. Greater efficiency was observed in the photocatalysts synthesized with
NH4OH.
Caracterización química y mineralógica de residuos de cuarcita
para su uso en la industria cerámica
Chemical and mineralogical characterization of quarzites waste
for use in ceramic industry
L M Gonzaga1, E Valdiviezo-Viera2 and M Mendes-de-Souza3,
1
Engenheira de Minas, Centro de Tecnologia Mineral (CETEM), Rio de Janeiro, Brazil
2
Unidade Acadêmica de Mineração e Geologia (UFCG), Campina Grande, Brazil
3
Departamento de Recursos Naturais (IFRN), Natal, Brazil
Resumen. Este trabalho tem por objetivo a caracterização química e mineralógica de amostras de
rochas de quartzitos provenientes dos Estados da Paraíba e do Rio Grande do Norte, visando seu uso
potencial na formulação de peças para a indústria cerâmica de revestimentos. A adoção da alternativa
de aproveitamento desses resíduos poderá não apenas diminuir o impacto ambiental da mineração de
quartzitos, mas também possibilitará a agregação de valor para esses materiais, principalmente, para
uso industrial. Na amostragem foram coletadas cinco amostras de quartzitos com colorações e
tonalidades diferentes denominados de quartzito preto, quartzito verde, quartzito rosa, quartzito branco
e quartzito dourado. Essas amostras foram caracterizadas pelos métodos de análise de fluorescência de
raios X (FRX), e difração de Raios X (DRX). Os resultados indicaram que as amostras do quartzito
dourado e rosa apresentaram a maior concentração de SiO2 (acima de 90,0 %) e a menor concentração
do óxido de ferro (Fe2O3), que foi de 1,36% e 1,61%, respectivamente. Esses quartzitos apresentam
um potencial importante e poderá ser recomendada a realização de ensaios laboratoriais visando sua
utilização como matéria-prima para a formulação de massas cerâmicas.
Abstract. This work aims at the technological characterization of quartzite rock from Paraiba and Rio
Grande do Norte States, in order to use the formulation of parts for the coating ceramic industry. The
adoption of alternative use of these residues may not only reduce the environmental impact of mining
quartzite, but also enable the creation of value for these materials, mainly for industrial use. Sample
was collected in five quartzite types with different colors and shades called black quartzite, green
quartzite, pink quartzite, quartzite white and quartzite gold. These samples were characterized by the
methods of analysis such as X-ray fluorescence (XRF) and X-ray diffraction (XRD). The results
indicated that the samples of gold and pink quartzite had the highest concentration of SiO2 (up 90.0%)
and lower concentrations of iron oxide (Fe2O3), which was 1.36% and 1.61% respectively. These
quartzites are potentially important and may be recommended to perform laboratory tests in order to
use as raw material for the formulation of coating ceramic.
Medida del Índice de Refracción no Lineal de Materiales
Orgánicos por Z-Scan
Measurement of Non Linear Refractive Index of Organic
Materials by Z-Scan
M Fontalvo1, A García1, S Valbuena1 and F Racedo1
1
Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia
Resumen. La caracterización de los efectos no lineales a través de la técnica de transmisión de barrido
Z-Scan en muchos materiales ha despertado gran interés de acuerdo las necesidades tecnológicas. En
su mayoría estos efectos no lineales pueden ser descritos por medio de la teoría electromagnética
clásica, con la susceptibilidad eléctrica en las ecuaciones constitutivas que relacionan la polarización
eléctrica con la amplitud del campo eléctrico. En este trabajo se determinó el signo y la magnitud del
índice de refracción y el coeficiente de absorción no lineal de los siguientes medios orgánicos: azul de
metileno, rodamina LD, verde vegetal y violeta genciana en su estado puro y disueltos en alcohol
isopropílico, se utilzo como fuente de excitación con un láser de ND YAG. El haz laser fue enfocado
con una lente de diez cm de longitud focal, usando un sistema de desplazamiento, se realizaron
barridos de veinte centímetros y a partir de la teoría de Sheik-Bahae y las curvas de transmitancia
normalizada en función de la posición Z se obtuvieron los siguientes resultados: el índice de refracción
no lineal de los colorantes muestran un aumento en función de su concentración y la potencia de
excitación del láser con signos no lineal negativo.
Abstract. The characteristic of the no lineal effects sweeping in so many has generated great interest
according to the technological necesities. Majorety of these effects no lineal may be described by the
classic electromagnetic theory, with the electrical susceptibility in the constitutive equation that relate
the electrical polarization with the spasionsnees of the electrical field. In this work the sign and the
magnitude were determined of the index of refraction and the coefficient of no lineal absortion of the
following organic ways: blue of methilene. LD rodamine, green vegetable and gentian violete a
hundred porcent pure disilved in isopropilie alcohol, it was used as a source excitation with a laser ND
YAG. The bunch of laser was focused with a lens of ten cm of focal lenth, by using a system of
displascement the sweeping of twenty centimeters were realized and at the begining of the theory of
Sheik- Bahae and the curves of transmitance normalized in function of the z position were obteined the
following results: The index of refraction no lineal of the coloring shows an increase in function of its
concentration and the power of exciting of the laser with negative no lineal sign.
Mapeo de estructuras frágiles en afloramientos de la cuenca del
río peixe a través de GPS diferencial y brújula
GPS and compass mapping of brittle structures in outcrops of the
Peixe river basin
A R S de-Medeiros1, J A Soares2 and L M Gonzaga1
1
Engenheira de Minas, Centro de Tecnologia Mineral (CETEM), Rio de Janeiro, Brazil
2
Unidade Acadêmica de Mineração e Geologia (UFCG), Campina Grande, Brazil
Resumen. Este trabalho tem como objetivo mapear as estruturas rúpteis em afloramentos da Bacia do
Rio do Peixe (BRP) comparando a eficiência de dois métodos, um tradicional (uso da bússola) e outro
inovador (uso de GPS com correção diferencial - DGPS). O mapeamento dessas estruturas pode
contribuir para a exploração dos recursos subterrâneos daquela bacia, servindo como indicador da
evolução tectono-estratigráfica e auxiliando na seleção de pontos de coleta de amostras para análises
laboratoriais. O trabalho foi realizado em quatro afloramentos na Bacia do Rio do Peixe, através de
mapeamento de estruturas rúpteis como juntas e falhas, com auxílio de uma bússola tipo Clar e de um
receptor GPS Diferencial. Os dados obtidos pela bússola foram organizados em um arquivo digital e os
dados obtidos por DGPS foram pós–processados, realizando uma correção diferencial através da
ferramenta Trimble GPS Pathfinder®. Após esta fase foram confeccionados mapas, histogramas e
diagramas de roseta das estruturas rúpteis através dos softwares Grapher® e Stereonet for Windows.
Concluiu-se que os métodos de levantamento das direções de estruturas rúpteis por DGPS e bússola
tipo Clar podem ser aplicados, com igual sucesso, no mapeamento dessas estruturas.
Abstract.This work aims to map brittle structures of outcrops in Rio do Peixe sedimentary basin
(BRP) comparing the effectiveness of two methods, a traditional (use of compass) and other innovative
(using GPS with differential correction-DGPS). Detailed knowledge of brittle structures that occur in
the basin is still a challenge to be overcome. The mapping of these structures can contribute to the
exploitation of underground resources of that basin, serving as an indicator of its tectonostratigraphical evolution and aiding in the selection of points of sample collection for laboratory
testing. This work was done in four outcrops in Rio do Peixe basin, through mapping of brittle
structures such as faults, joints, deformation bands, among others, with the aid of a compass type Clar
(conveniently declined for 36 degrees) and a Differential GPS receiver, mark Trimble, Geoexplorer
2008 XM model. The data obtained by compass were organized into a digital file in text format and the
data obtained by DGPS were post–processed, performing a differential correction through Pathfinder®
software. After that, maps, rose diagrams, histograms and stereograph projections of such structures
were done through softwares Grapher® and Stereonet for Windows. It was concluded that both
methods used for mapping directions of brittle structures can be applied with equal success.
Estudio de la conductividad eléctrica del Cs3(HSO4)2(H2PO4):
¿descomposición o transición estructural?
Study of the electric conductivity of Cs3(HSO4)2(H2PO4): chemical
decomposition or structural transition?
I Piñeres1, E Ortiz1, J Trochez1 and A Albis2
1
Department of Physics, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia
2
Department of Engineering, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia
Resumen. Resumen. En las últimas décadas se han incrementado notablemente los esfuerzos
científicos en la búsqueda y estudio de materiales conductores iónicos y/o superiónicos debido de su
potencial aplicación tecnológica como separadores electrolíticos para celdas de combustible. En esta
búsqueda se han postulado algunas sales ácidas, entre la que se encuentra el Cs 3(HSO4)2(H2PO4), el
cual, según la literatura, presenta una transición de fase de conducción superprotónica por encima de
119°C, alcanzando valores del orden de 10-3Scm-1. El súbito incremento en los valores de
conductividad fue atribuido a una transición de fase estructural de monoclínica a cúbica.
Diametralmente opuesto a la interpretación de la existencia de la transición de una fase de baja
conducción protónica a otra de conducción superprotónica presente en varias sales ácida, algunos
autores proponen que la alta conductividad eléctrica presente en estos compuestos, son consecuencia
exclusiva de un proceso de descomposición parcial que se inicia en sitios de nucleación localizados en
la superficie de la muestra. En el contexto del dilema sobre la naturaleza de las trasformaciones a alta
temperatura presentes en las sales acidas, medidas de calorimetría diferencial de barrido, Análisis
Termogravimétrico, Análisis Termogravimétrico Simultáneo con Espectroscopia de Masa y
Espectroscopia de Impedancia, se llevaron a cabo en Cs3(HSO4)2(H2PO4). Nuestros resultados
muestran una clara coincidencia entre las temperaturas donde se presentan la anomalía endotérmica, la
pérdida de peso, el súbito incremento en los valores de conductividad y la eliminación de agua. Por lo
tanto creemos que la alta conductividad reportada en el Cs3(HSO4)2(H2PO4) es consecuencia exclusiva
de un proceso de descomposición parcial que se inicia en sitios de nucleación, como defectos e
impurezas, localizados en la superficie de la muestra.
Abstract. In the last decades, scientific efforts on research on ionic and super-ionic conductor
materials have notably increased due to their potential technological application as electrolyte
separators in fuel cells. In that search, several acid salts have been spotted as candidates as electrolyte
separators, among them Cs3(HSO4)2(H2PO4) has been reported to have a phase transition of
superprotonic conduction above 119 °C, with conductivity values in the order of 10 -3Scm-1. The
sudden increment in conductivity has been explained in terms of a structural phase transition from
monoclinic to cubic cell structure. Another possible explanation of the transition of protonic to
superprotonic conduction showed by several acid salts, and that have been proposed by several
authors, is that the high conductivity is the result of a partial decomposition that starts in the nucleation
sites that are on the surface of the sample. In the context of the scientific argument about the nature of
the transformations at high temperatures in acid salts, systematic measurements using several
techniques, such as differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, themogravimetric
analysis coupled to mass spectroscopy and impedance spectroscopy, have been employed to study the
behavior of Cs3(HSO4)2(H2PO4). Our results show a clear agreement between temperatures of the
endothermic anomaly, weight loss, the conductivity raise and water release. Hence, we think that the
high conductivity reported for Cs3(HSO4)2(H2PO4) is caused by the partial decomposition that starts at
nucleation sites, such as lattice defects and impurities, located on the surface of the sample.
Consideraciones sobre las medidas de impedancia eléctrica de
soluciones electrolíticas en una celda de cuatro electrodos
Considerations on electrical impedance
electrolyte solutions in a four electrode cell
measurements
of
C Chaparro1, L Herrera1, A Meléndez1 and D A Miranda1
1
Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. Se estudió una sonda tetrapolar, con electrodos de oro basada en el método Van der Pauw,
para medir el espectro de impedancia el éctrica de soluciones electrolíticas. La caracterización de la
sonda se realizó usandotécnicas electroquímicas y espectroscópicas. Se preparó la superficie de los
electrodos mediante limpieza química con H2SO4/H2O2 7:3 v/v y limpieza electroquímica en una
celda de tres electrodos con 0.5 M de H2SO4, mediante voltamperometría cíclica. Se registró la
medida del espectro de impedancia eléctrica en modo galvanostático de soluciones tampón fosfato
salino (PBS) a diferentes concentraciones. Se observó que la magnitud de la impedancia decrece
cuando se aumenta la concentración de la solución electrolítica. Además, se midió el espectro de
impedancia eléctrica en muestras de tejido de mucosa oral dispersas en PBS 5mM y se observó que la
magnitud de la impedancia obtenida para un volumen de 500 μL de mezcla tejido oralPBS es mayor
que la magnitud de impedancia registrada por un volumen igual de una solución de PBS 5mM sin
mucosa oral. En este artículo se propone un modelo para explicar el comportamiento observado en los
experimentos.
Abstract. A tetrapolar probe with gold electrodes according to the van der Pauw method was studied.
Electrical properties of electrolytic solutions were studied by electrical impedance spectroscopy (EIS).
The gold electrodes were chemically cleaned by dipping into H2SO4/H2O2, 7:3 v/v and then each
electrode was electrochemically cleaned in a threeelectrode cell with 0.5 M of H2SO4 by cyclic
voltammetry. The EIS measurement of phosphate buffer saline (PBS) solutions at different
concentration were performed in the galvanostatic mode. Experiment shown the magnitude of the
impedance increase when the PBS concentration decreasing. Furthermore, EIS measures of oral
mucosal tissue samples dispersed in PBS 5mM were performed. It was observed that the magnitude of
the impedance obtained for a volume of 500 uL of oral tissuePBS mixture is greater than the
impedance magnitude recorded by an equal volume of a 5 mM PBS solution without oral tissue. In this
paper a model to explain this behavior is proposed.
Dependencia de la viscosidad de un fluido magnetoreológico con el
campo magnético
Dependence of viscosity of a magnetorheological fluid to a
magnetic field
H A Fonseca1, E Gonzales1, J Restrepo2, C Parra1 and C Ortiz1
1
Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia
2
Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellin, Antioquia, Colombia
Resumen. En este trabajo se presenta el estudio de viscosidad para un fluido magnético elaborado con
partículas de magnetita, micrométricas, sometidas a un campo magnético externo. Las partículas de
magnetita se caracterizaron por histéresis magnética mediante un magnetómetro de muestra vibrante, y
su estructura cristalina por difracción de rayos X. los resultados muestran que la magnetización de
saturación y campo coercitivo tienen dependencia con el tamaño de las partículas de magnetita. La
estructura corresponde a una espinela inversa con una pureza del 95% y cuyos parámetros de red
fueron determinados mediante refinamiento Rietveld. La viscosidad del fluido magnético se midió
mediante un viscosímetro con simetría rotacional en presencia de un campo externo generado por una
bobina. Los resultados de viscosidad evidencian una dependencia con el tamaño de partícula y el
campo externo debido a que la magnetización al ser función del volumen, las partículas dentro del
líquido dispersante su movimiento libre se restringe en la presencia del campo magnético.
Abstract. In this work the study of magnetic fluid viscosity for particles made from magnetite,
micrometric, subjected to an external magnetic field is presented. Magnetite particles has been studied
by using magnetic hysteresis by the vibrating sample magnetometer, and its crystal structure by X-ray
diffraction technique. The results show that the magnetization saturation and coercive field are
dependent the particle size of magnetite, respectively. The structure corresponds to an inverse spinel
with a purity of 95% and whose lattice parameters Rietveld determined. The viscosity of the magnetic
fluid is measured by a viscometer with rotational symmetry in the presence of an external field
generated by a coil. The viscosity results show a dependence on the particle size and the external field
due to that magnetization is a function of volume, the free movement of the particles within of
dispersing liquid is restricted by the presence of magnetic field.
Estudio de la formación de estructuras en un fluido magnético en
presencia de un campo externo
Study of structures formation in a magnetic fluid due to an
external field
H A Fonseca1, E Gonzales1 and J Restrepo2
1
Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia
2
Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellin, Antioquia, Colombia
Resumen. En este trabajo se presenta el estudio de estructuras formadas en un fluido magnético
debido a la presencia de un campo magnético externo. El fluido magnético se elabora a base de
magnetita comercial y natural para analizar la influencia de la síntesis en que se obtuvieron. El estudio
de las estructuras se baso en su aspecto geométrico analizado en un microscopio óptico digital y en el
tipo de fluido magnético elaborado siendo uno de magnetita – acido oleico – aceite y el otro de
magnetita – etilenglicol – agua. La magnetita usada tiene un tamaño entre 15m y 23m. Los
resultados evidencian que el campo magnético produce una rotación de las partículas para formar
estructuras fibrosas y cilíndricas dependiendo de la dirección en que el campo actúe. El
empaquetamiento de las partículas en estas estructuras depende de la geometría de las partículas que
para este caso no son uniformes. En ausencia del campo magnético externo las partículas quedan
dispersas en el fluido sin formar conglomerados ya que ellas se comportan paramagnéticamente en el
fluido.
Abstract. In this work the study of structures in a magnetic fluid due to the presence of an external
magnetic field is presented. The magnetic fluid is made from commercial and natural magnetite to
analyse the influence of synthesis in which they were obtained. The study of the structures was based
on the analysed geometric aspect in a digital optical microscope and the type of magnetic fluid
developed to be one of magnetite - oleic acid - oil and other magnetite - ethylene glycol - water,
respectively. The magnetite used has a size between 15 μm and 23 μm. The results show that the
magnetic field produces a rotation of the particles forming fibrous and cylindrical structures,
depending on the direction of field. The particle packing in these structures is dependent on the particle
geometry that for this case is not uniform. In the absence of external magnetic field the particles are
dispersed into the fluid without forming clusters as they behave in the fluid in form paramagnetic.
Estudio teórico de las propiedades estructurales, electrónicas y
magnéticas del AlAs dopado con Cu
Theoretical study of structural, electronic and magnetic properties
of Cu doped AlAs
E Solano-Delacruz1, A González-García1, W López-Pérez1 and R González-Hernández1
1
Grupo de Investigación en Física Aplicada, Departamento de Física, Universidad del Norte,
Barranquilla, Colombia
Resumen. En este trabajo se estudió la estabilidad estructural y ferromagnética del compuesto
semiconductor AlAs dopado con cobre a través de cálculos de primeros principios y del método de
Ondas Planas Aumentadas y linealizadas en el marco de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT). De
los cálculos de energías de formación y entalpias de mezcla en los sistemas Al 1-xCuxAs y AlCuxAs1-x
(x= 0, 0.25, 0.50, 0.75, 1) se determinó que la sustitución de Al por Cu es la más favorable y su
estabilidad estructural es mayor cuanto menor sea la concentración de Cu. Para el sistema Al1-xCuxAs
se estudiaron concentraciones de cobre más pequeñas y se encontró un momento magnético distinto de
cero para x < 0.083, el cual aumenta con la disminución de la cantidad de cobre en el compuesto. El
máximo valor del momento magnético total fue de 2.0 µB cuando 0 x  0.032. La estabilidad de la fase
ferromagnética para Al1-xCuxAs (x=0.0832) se determinó al comparar la energía total de los estados
ferromagnético y antiferromagnético. Adicionalmente, se estudiaron las propiedades electrónicas y el
carácter ferromagnético de estos sistemas.
Abstract. Theoretical calculations were performed by using the Linearized-Augmented Plan Wave
(LAPW) method within the Density Functional Theory (DFT) to study the stability of structural and
magnetic properties of copper (Cu) doped aluminium arsenide (AlAs) semiconductor. From formation
energy and mixing enthalpy calculations for Al1-xCuxAs and AlCuxAs1-x (x= 0, 0.25, 0.50, 0.75, 1)
compounds, it was determined that substitution of Al by Cu atoms is the most favourable
incorporation, and the system becomes more stable with the decreasing of Cu concentration. For lower
Cu concentrations (x < 0.083) in Al1-xCuxAs, a total magnetic moment different from zero was found,
which increases by decreasing the Cu concentration. A maximum value for the total magnetic moment
(2.0 µB) is reached for the Al1-xCuxAs system when 0 < x  0.032. The stability of the ferromagnetic
phase for Al1-xCuxAs (x=0.083) was obtained by comparison of the total energy in both ferromagnetic
and antiferromagnetic configurations. In addition, the electronic properties and ferromagnetism nature
of these systems are discussed.
Análisis de láminas de grafito pirolítico altamente orientado
mediante espectroscopias raman e IR
Analysis of hopg by raman and IR spectroscopies
I C Rincón1, H Peña-Pedraza1 and L Páez1
1
Grupo Óptica Moderna, Óptica de materiales, Universidad de Pamplona, Colombia
Resumen. Debido al interés creciente en la obtención de materiales 2D para uso tecnológico y en las
enormes expectativas generadas por las posibles nuevas aplicaciones de estos materiales, es necesario
caracterizarlos utilizando espectroscopias Raman e Infrarroja, dos técnicas espectroscopicas
complementarias entre sí, que permiten la determinación de los modos de vibración opticamente
activos. El método de correlación y la teoría de grupos es la vía implementada para generar las reglas
de selección y para predecir los modos vibracionales en los sólidos. En este trabajo se presentan los
resultados del análisis del carbón pirolítico altamente orientado, material de interés tecnológico por sus
propiedades físicas únicas. El estudio se realizó usando métodos convencionales de procesamiento de
datos.
Abstract. Due to the growing interest in obtaining 2D materials for technological use, and in the
enormous expectations generated by the possible new applications of these materials, is necessary to
characterize it using Raman and Infrared spectroscopy two complementary spectroscopic techniques,
allowing the determination of optically active modes of vibration. The correlation method and the
group theory is the way implemented to generate the selection rules and to predict the vibrational
modes in solids. In this paper the results of the analysis of highly oriented pyrolytic carbon, material of
technological interest because of their unique physical properties are presented. The study was
conducted using conventional methods of data processing.
Sistema para medidas de propiedades de transporte electrónico
utilizando el método de van der pauw
System for electronic transport properties measurements using the
van der pauw method
R Jiménez1,2 and H Castro1
1
Departamento de Física, Universidad Nacional, Bogotá D.C., Colombia
2
Departamento de Física, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
Resumen. Se construyó un novedoso montaje de tipo modular para la realización de medidas de
resistividad y coeficiente Hall en función de la temperatura en un rango desde 7 K a 320 K y campos
magnéticos dc desde 0 a 1 T. El sistema de medición implementado se basa en el método de Van Der
Pauw y la técnica amplificador lock-in el cual permite hacer mediciones en muestras de forma
arbitraria. El montaje se puede utilizar para medidas en diferentes tipos de muestras (metales,
semiconductors y superconductores); en nuestro caso, se ha acondicionado para medidas en muestras
de forma cuadrada de materiales superconductores, en particular, en el compuesto Y 1-xCaxBa2Cu3O7-δ
para diferentes valores de x y δ. Aspectos relacionados con la descripción del montaje y su
funcionamiento así como los procedimientos para la realización de las medidas serán presentados.
Abstract. An innovative modular-type assembly was built to carry out resistivity and Hall coefficient
measurements as temperature functions from 7 K up to 320 K and dc magnetic fields from 0 up to 1 T.
The implemented measurements system is based on the Van der Pauw method and lock-in amplifier
technique which allows making measurements in arbitrary form samples. The assembly can be used to
measure different types of samples (metals, semiconductors and superconductors); in our case, it has
been conditioned for measurements in square shape samples of superconductor materials, specially, in
the compound Y1-xCaxBa2Cu3O7-δ for different x and δ values. Related aspects to the assembly
description, its operation and procedures to carry out the measurements will be presented.
Coeficiente de expansión térmica de guadua angustifolia-kunth
medido con la técnica fotoacústica
Thermal expansion coefficient of guadua angustifolia-kunth
measured with photoacoustic technique
A Bedoya1, F Gordillo-Delgado1 and E Marín2
1
Grupo de investigación GICADE, Universidad del Quindío, Armenia, Quindío, Colombia
2
Centro de Investigación en Ciencia aplicada y Tecnología Avanzada del I.P.N, México D.F,
México
Resumen. El estudio de las propiedades físicas de los materiales para la construcción provee
información para predecir posteriores eventualidades por fallas en las estructuras. En este sentido, la
dilatación térmica es un fenómeno particularmente relevante para determinar la estabilidad
dimensional, especialmente para materiales naturales como el bambú, que por su rápido crecimiento,
propiedades mecánicas, morfología fibrosa y su alto contenido de celulosa, son considerados como
alternativos para reemplazar la madera en la elaboración de estructuras arquitectónicas y de
compósitos, elementos multifuncionales con propiedades especiales. Un factor importante para reducir
el valor del coeficiente de expansión térmica (CET) del bambú es el proceso de curado. En este trabajo
se obtuvo el CET lineal de muestras de Guadua angustifolia-Kunth, biotipo Macana, usando la técnica
fotoacústica (FA) en una configuración de variación de frecuencia. Se consideró la respuesta del
elemento detector y los posibles mecanismos en la generación de la señal FA: la difusión térmica, la
expansión térmica y la flexión termoelástica. De esta forma se evaluó una propuesta diferente a los
métodos termo-mecánicos, que puede ser usada en campos como el del reforzamiento de materiales
con fibras nanométricas naturales. Las muestras fueron obtenidas de canutos extraídos de la sección
basa manteniendo la dirección longitudinal en una región media-interna del canuto.
Abstract. Study of physical properties of materials for construction gives information for predicting
eventualities related to fails in structures. In this sense, thermal dilation is a particularly relevant
phenomenon for determining dimensional stability, especially of natural materials as bamboo, which
due to fast growing, mechanical properties, fibrous morphology and high content of cellulose, are
considered as alternatives for replace to wood in the elaboration of architectonic structures and of
composites, multifunctional elements with special properties. An important factor for reducing the
value of coefficient of thermal expansion (CET) is the curing process. In this work, the linear CET of
samples of Guadua angustifolia-Kunth biotype Macana was obtained using a frequency configuration
of photoacoustic technique (PA). The response of detector element and possible mechanisms into PA
signal generation: thermal diffusion, thermal expansion and thermo-elastic flexion, were considered.
On this way, a proposal different to thermo-mechanical methods was evaluated, which could be used
in research fields like the reinforcement of materials with natural nanometric fibers. The samples were
taken from middle zone of Guadua through of cuts with longitudinal direction.
Crecimiento y caracterización de nanofluidos de dióxido de titanio
Growth and characterization of titanium dioxide nanofluids
J Plazas1, A Bedoya1 and F Gordillo-Delgado1
1
Universidad del Quindío, Grupo de investigación (GICADE), Armenia, Quindío, Colombia
Resumen. Nanocoloides de dióxido de titanio pueden ser usados en la producción de refrigerantes
industriales ya que la conductividad térmica (CT) de este líquido aumenta cuando decrece el tamaño de
los cristalitos suspendidos. En este trabajo, se reporta el crecimiento de nanopartículas de este material
usando la técnica hidrotermal. Ajustando los parámetros de crecimiento se pudo controlar el tamaño y
la forma de los nanocristales, que fueron suspendidos en un líquido para probar el efecto de estas
variables sobre la CT del nanofluido, que fue medida con la técnica de alambre caliente. Se analizó el
comportamiento de la CT efectiva utilizando un sistema de muestras de dos capas (no miscibles). De
esta forma, estas medidas fueron modeladas considerando el sistema como un conjunto de resistencias
térmicas en serie y una capa interfacial entre las fases; se supuso el fluido base y las nanopartículas
como capas independientes y se asumió la existencia de una interface de contacto entre estas para
explicar la causa del aumento, aparentemente anómalo, de la CT con respecto a los valores
correspondientes del fluido base. Los resultados evidencian que este incremento no puede ser
explicado usando fórmulas empíricas para un medio efectivo.
Abstract. Nanocolloids of titanium dioxide can be used in industrial cooling because of the thermal
conductivity (TC) of this liquid is higher when the size of suspending crystallites decreases. In this
work, it is reported the growth of nanoparticles of this material using hydrothermal technique. Growth
parameters were fitted for controlling the size and shape of nanocrystals, which were suspended in a
liquid for testing the effect of these variables over TC of the nanofluid, it was measured by hot-wire
technique. The behavior of the effective CT was analyzed using a sample system of two layers (no
miscible). From this way, these measurements were modeled considering the system as a set of thermal
resistances in series and an interfacial layer between the different phases; the matrix fluid and the
nanoparticles were supposed independents with a contact interface between them for explaining the
apparently anomalous behavior of TC. Results are evidence that the increasing of experimental value
of TC cannot be explained using empirical equations for an effective medium.
Fabricación de una aleación preciosa de bajo punto de fusión para
su uso en pre-engaste con esmeraldas colombianas
Making a precious alloy of low melting point for use of stone in
place casting with Colombian emeralds
M J Fernández-Torres1, L A Quintero-Ortiz1 and A A Baquero1
1
Santander, Bucaramanga, Colombia.
Resumen. La joyería en Colombia ha evolucionado con el tiempo debido a las nuevas tecnología
aplicadas para optimizar los procesos de fabricación de una joya. Actualmente se ha implementado la
técnica de pre-engaste, con el fin de minimizar costos y sistematizar el proceso de fabricación. La
técnica consiste en la sujeción de la gema en la cera la cual ingresa en el tratamiento térmico del
revestimiento así como en la colada de la aleación. Para lograr eficiencia en el proceso, es importante
que las gemas utilizadas sean homogéneas y posean buena conductividad térmica para minimizar los
cambios térmicos, debidos a las altas temperaturas de las aleaciones de oro usadas, las cuales se
encuentran alrededor de los 1100º C, por ello es necesario usar gemas sintéticas y algunas naturales
como el diamante. Sin embargo, al utilizar esmeraldas colombianas, se presentan inconvenientes
debido a su heterogeneidad y baja conductividad térmica, produciéndose el daño de la gema. Como
solución al problema se planteó fabricar una aleación preciosa de bajo punto de fusión, de uso en
joyería y que posea las propiedades adecuadas que permitan disminuir el choque térmico en la
interface metal-esmeralda. Para lograr este objetivo, fue necesario seleccionar elementos de aleación
adecuados, preparar y caracterizar aleaciones maestras, así como fabricar y evaluar las propiedades de
la aleación final obtenida La investigación permitió establecer la metodología apropiada para la
fabricación y caracterización de la aleación más adecuada.
Abstract. Jewelry in Colombia has evolved over time because of new technologies applied to optimize
the manufacturing processes of a gem. Currently technology has deployed the technique of stone in
place casting, with the purpose of minimize costs and systematize the process of manufacturing. The
technique involves securing the gem in the wax which enters the heat treatment of the coating and the
casting of the alloy. To achieve efficiency in the process, it is important that the gems used are
homogeneous and possess good thermal conductivity to minimize temperature changes, due to the high
temperatures of the gold alloys used, which are around 1100 ° C, so is necessary to use some natural
and synthetic gems such as diamond. However, when using Colombian emeralds, disadvantages arise
due to their heterogeneity and low thermal conductivity, resulting in damage to the gem. As a solution
to the problem raised will make a precious alloy of low melting point, used in jewelry and possesses
suitable properties that may decrease the thermal shock to the emerald-metal interface. To achieve this
goal, it was necessary to select suitable alloying elements, preparing and characterizing master alloys
as well as fabricate and evaluate the properties of the final alloy obtained. The investigation
established the appropriate methodology for the fabrication and characterization of the most suitable
alloy.
Síntesis, caracterización estructural y morfológica de la perovskita
LaYbO₃
Synthesis, structural and morphological characterization of the
perovskite LaYbO₃
A Cabrera-Ramirez1 and E Charry-Pastrana1
1
Departamento de Física. Universidad Nacional de Colombia. Bogota
Resumen. En este trabajo nosotros reportamos la sintesis del material tipo perovskita LaYbO₃
mediante la tecnica de Estado Solido y su caracterizacion estructural y morfológica obtenida a partir
del estudio de difraccion de rayos X y Microscopia Electronica de Barrido SEM, tecnicas que se
utilizaron para conocer las fases cristalograficas presentes, el tamano de grano del material y su
variacion a traves del proceso de calcinacion el cual tuvo lugar entre 0 - 1190 °C. Se realizo
refinamiento Rietveld a los difractogramas obtenidos a partir del cual se identificaron tres parametros
de red asociados a una estructura ortorrombica (Grupo Espacial Pnma) y la presencia de una fase
cristalografica especial que aparece y desaparece en el proceso de sintesis de la perovskita. De las
imagenes obtenidas con Microscopia SEM se estudio el tamano de los granos, su dependencia con la
temperatura de calcinacion y tiempo de maceracion utilizado en el proceso.
Abstract. In this paper we report the synthesis of material type perovskite LaYbO₃ by the technique of
Solid State and the structural and morphological characterization obtained from the study of X - ray
diffraction and Scanning Electron Microscopy SEM, techniques that were used to know the
crystallographic phases, the grain size of the material and its variation through the calcination process
which took place between 0-1190 ° C. Rietveld refinement was carried out from the diffractograms
obtained, we identify three network parameters associated with an orthorhombic structure (Pnma
Space Group) and the presence of a special crystallographic phase that appears and disappears in the
process of synthesis perovskite. From SEM Microscopy images we studied the size of the grains and
its dependence on the calcination temperature and time of maceration used in the process.
Fabricación y caracterización de nanofibras de PVA y PMMA a
través de electrohilado
Fabrication and characterization of nanofiber of PVA and PMMA
by electrospinning
C A Salazar-Duque1 and G R Quitian-Chila1
1
Grupo de Investigación Micro y Nanoanálisis, CECOLTEC S.A.S, Colombia
Resumen. Nanofibras de Polivinil Alcohol (PVA) y microfibras Polimetalcrilato de Metilo (PMMA)
se fabricaron por la técnica de electrohilado, a partir de soluciones al 3% en peso en agua y acetona
respectivamente. La distribución de diámetros y el área superficial de las fibras se analizaron por
microscopia electrónica de barrido (SEM) y a través del software Fibermetric de PhenomWorld. Se
realiza la caracterización reológica para cada una de las soluciones de donde fueron fabricadas las
fibras. Se determinó que los parámetros más eficientes para la fabricación de fibras de PVA son un
diferencial de potencial de 15 Kv, velocidad de inyección 2 ml/h, distancia de plano colector 20 cm;
con respecto a la fibra de PMMA es de 20 Kv, 1 ml/h y una distancia de 15 cm del plano colector. Con
los anteriores parámetros se previenen problemas de perlado, discontinuidades y la no evaporación del
solvente. También se encontró que el diámetro final de las fibras depende de los pesos moleculares y la
reología de las soluciones.
Abstract. Nanofibers Polyvinyl Alcohol (PVA) and microfibers Polimetalcrilato (PMMA) were
manufactured by the technique of electrospinning, starting from 3% solutions by weight in water and
acetone respectively. Diameter distribution and the surface area of the fibers were analyzed by
scanning electron microscopy (SEM) and through Fibermetric PhenomWorld software. was performed
The rheological characterization for each of the solutions with which were manufactured fibers. It was
determined that the most effective parameters for manufacturing PVA fibers are a potential difference
15Kv, injection rate 2 ml / h, distance 20 cm to the collector plane; with respect to the PMMA fiber is
20 Kv, 1 ml / h and a distance of 15 cm to the collector plane. With the above parameters are prevented
problems in the fibers, discontinuities and solvent evaporation. We also found that the final diameter of
the fibers depends on the molecular weights and the rheology of the solutions.
Influencia de los parámetros HVFO sobre la resistencia a la
corrosión de recubrimientos cerámicos de óxido de aluminio y
óxido de cromo, rociados sobre acero 1020
Influence of high velocity oxy-fuel (HVFO) parameters on the
corrosion resistance of aluminum oxide and chrome oxide ceramic
coatings, sprayed on steel 1020
Y Salas1 and E Vera2
1
Universidad Antonio Nariño, Tunja, Colombia
2
Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. Se determinaron los parámetros necesarios para la elaboración de recubrimientos de Óxido
de Aluminio y Óxido de Cromo, sobre aceros AISI 1020 en función de sus distancias de rociado para
diferenciar su comportamiento frente a la corrosión. Los polvos utilizados fueron comerciales y el
método de deposición fue por proyección térmica de alta velocidad (HVFO). Los revestimientos se
analizaron mediante SEM (microscopía electrónica de barrido), OM (microscopía óptica), la
adherencia se cuantificó bajo la norma ASTM C633-08 y se midieron variables electroquímicas de las
técnicas Resistencia a la Polarización Lineal (LPR), aproximación Tafel de curvas potenciodinámicas
y Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS). La corriente de corrosión para el acero 1020
desnudo y con un electrolito de Na2SO4 al 3.5% es del orden de las decenas de A y para el acero
recubierto da en el orden de los nA, lo que conduce a pensar que la proyección produce recubrimientos
uniformes con baja porosidad cerrada, aunque las técnicas D.C. indican una porosidad significativa
pues se encuentra respuesta observable en corriente a la curva potenciodinámica. Los espesores
observados caen en los cientos de micras y se notó poca uniformidad en los recubrimientos de óxido de
Aluminio.
Abstract. Parameters required for the preparation of coatings of aluminum oxide and chromium oxide
deposited on AISI 1020 steels were determined according to their distances spray to differentiate their
behavior against corrosion. Commercial powders were used and the method of thermal spray
deposition was High Velocity Oxy-Fuel (HVFO). The coatings were analyzed by SEM (scanning
electron microscopy), OM (optical microscopy), the adhesion was measured under the standard ASTM
C633-08 and electrochemical techniques variables measured was the resistance Linear Polarization
(LPR), approximation Tafel potentiodynamic curves and electrochemical impedance spectroscopy
(EIS). The corrosion current for steel 1020 with Na2SO4 electrolyte of 3.5% is of the order of tens of
A and coated steel given in the order of nA, which leads to think that the projection produces
coatings uniform low closed porosity, although techniques DC indicate a significant porosity as is
observable current response to the potentiodynamic curve. The observed thicknesses fall into the
hundreds of microns and little uniformity was noted in the aluminum oxide coatings.
Evaluación del comportamiento frente a la corrosión de acero
estructural, recubierto con pinturas epóxicas, por medio de
técnicas electroquímicas D.C.
Evaluation of the structural steel corrosion behavior, covered with
epoxy-type paints, by means of electrochemical D.C. techniques
Y Salas1, D Roa2, J Lopez2 and T Chicino2
1
Universidad Antonio Nariño, Tunja, Colombia
2
Ingeniería Mecánica, Universidad Antonio Nariño, Tunja, Colombia
Resumen. En este trabajo se ha estudiado el comportamiento frente a la corrosión electroquímica del
acero estructural AISI SAE 1007 con revestimientos epoxi, con pinturas de tipo epoxi, a través de
técnicas como la resistencia a la polarización DC, y las pruebas potenciodinámicas. Con el fin de
determinar los potenciales y la velocidad de corrosión de estos recubrimientos, se han correlacionado
estos resultados con diferentes electrolitos usados. Para ello, los revestimientos se caracterizaron por
medidas de espesor y de continuidad. Los revestimientos mostraron una ligera degradación en el
tiempo de la prueba, debido a defectos presentes en su estructura, y al ataque por el electrolito; Sin
embargo, el sistema de recubrimiento de tipo epoxi tiende a reaccionar con los electrolitos basados en
su composición química.
Abstract. In this work we have studied the behaviour of the electrochemical corrosion of structural
steel AISI SAE 1007 with epoxy coatings, using epoxy-type paints, through techniques such as DC
resistance Polarization, and Potentiodynamic tests. In order to determine potential and corrosion rates
of these coatings, have been correlated this results with different used electrolytes. For this, coatings
were characterized by thickness measurement and continuity measurements. The coatings showed a
slight degradation in the testing time, due to defects present in their structure, and the attack by the
electrolyte; however, epoxy coating system tends to react with the electrolytes based on their chemical
composition.
Procesamiento de baterías gastadas para la recuperación de
materiales que contienen cobalto, níquel y tierras raras mediante
una secuencia de procesos químicos y electroquímicos
Processing of spent batteries for the recovery of cobalt, nickel and
rare earths bearing materials by means of a chemical and
electrochemical sequential process
P Delvasto1, R Orta-Rodríguez2 and S Blanco3
1
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales. Universidad Industrial de
2
Unidad de Gestión en Materiales y Procesos Sustentables (UGEMAT-USB). Universidad
Simón Bolívar, Caracas, Venezuela
3
Fundación Instituto de Ingeniería para la Investigación y Desarrollo (FIIID), Caracas,
Venezuela
Resumen. Las baterías recargables Ni-MH contienen metales estratégicos cuya recuperación puede
resultar interesante, desde una perspectiva económica. En el presente trabajo se propone una secuencia
de procesos químicos y electroquímicos para procesar baterías gastadas Ni-MH y recuperar materiales
que contienen Ni, Co y tierras raras. Inicialmente, se separan de las baterías los materiales electródicos
(ánodo y cátodo) y se lixivian en ácido sulfúrico 5 % m/m. El contenido de metales en esta disolución
se determina mediante espectroscopía de absorción atómica. La solución obtenida se somete a un
proceso de precipitación por ajuste de pH con NaOH, hasta valores entre 4,0 y 4,3. Esta solución se
calienta luego hasta 70 ºC, para recuperar de ella, un sólido (sulfato) cuyo análisis por fluorescencia de
rayos x corrobora la presencia de tierras raras (Nd, La, Pr y Ce). La solución libre de sólidos
precipitados se somete luego a un proceso de electrólisis, para recuperar aleaciones Ni-Co, en
depósitos tipo recubrimiento. Para establecer las condiciones propicias para la co-deposición del Co y
del Ni a partir de este tipo de disoluciones, se caracterizó el sistema electroquímicamente mediante la
técnica de voltametría cíclica.
Abstract. Rechargeable Ni-MH batteries contain strategic metal values which are worth to be
recovered. In the present work, a sequential chemical and electrochemical procedure is proposed, in
order to reclaim materials bearing Ni, Co and rare earths. Initially, batteries are disassembled to
separate the electrode materials (anode and cathode), which are then leached with an aqueous solution
of 5 w% sulphuric acid. The metal content of this solution is checked by atomic absorption
spectrometry techniques. The obtained solution is pH-adjusted (with NaOH), until pH is between 4,0
and 4,3; then, it is heated up to 70 ºC to precipitate a rare earths sulfate (Nd, La, Pr, Ce), as determined
by means of x-ray fluorescence techniques. The solids-free solution is then electrolyzed, in order to
recover a Ni-Co alloy. The electrolysis conditions were established through a cyclic voltammetry
technique.
Análisis de imágenes SEM de sólidos catalíticos mediante un
algoritmo de segmentación
SEM images analysis using a solid catalytic segmentation
algorithm
J C Montes-Cala1, M E Velásquez-Torres1, H Arguello-Fuentes2 and F MartinezOrtega3
1
Santander, Colombia
2
Escuela de Ingeniería de Sistemas, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,
Santander, Colombia
3
Escuela de Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander,
Colombia
Resumen. Los catalizadores son ampliamente empleados en la industria y su eficiencia depende de la
morfología del mismo. Para el diseño de nuevos catalizadores o para mejorar el rendimiento de los
existentes, la caracterización por diversas técnicas es utilizada dependiendo de las características o
propiedades del material. Se ha propuesto realizar un tratamiento a las imágenes obtenidas por
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por su sigla en inglés) para obtener información
cuantitativa de las estructuras presentes en los catalizadores. Las imágenes SEM usadas para este
tratamiento provienen de un catalizador tipo titanozirconato de calcio y estroncio dopados con tierras
raras: Sr0.94M0.03Zr0.1Ti0.9O3, M = Eu, Ho, y Sm. Mediante la aplicación de un algoritmo, se logró
obtener la cuantificación de las áreas de las partículas presente en los catalizadores estudiados. Se
aplicaron filtros lineales, no lineales y detectores de bordes en Matlab para realzar las características de
las imágenes. Además, la cuantificación de la información extraída de los catalizadores fue realizada
por medio del software libre ImageJ. El proceso realizado por el algoritmo es una segmentación de las
imágenes SEM, con lo cual se realizó un análisis cuantitativo detallado de la distribución de tamaño de
las partículas de los sólidos analizados.
Abstract. Catalysts are widely used in industry and its efficiency depends on the morphology thereof.
For the design of new catalysts or to improve the performance of existing, characterization by various
techniques are used depending on the characteristics or properties of the material. It has been proposed
to perform a treatment to images obtained by scanning electron microscopy (SEM, for its acronym in
English) to obtain quantitative information on the structures present in catalysts. The SEM images used
for this treatment come from a type of catalyst, zirconate titanate of calcium and strontium doped with
rare earths: Sr 0.94M0.03Zr0.1Ti0.9O3, M = Eu, Ho, and Sm. By applying an algorithm, it was possible to
obtain the quantification of the areas of the catalysts studied present in particles. Linears filters,
nonlinears and edge detectors were applied in Matlab to enhance the features of the images.
Furthermore, quantification of the information extracted from the catalysts was performed using the
free software ImageJ. The process performed by the algorithm is a segmentation of the SEM images,
which detailed a quantitative analysis of the distribution of the particle size of the solids analyzed.
Cambios morfológicos y estructurales de películas delgadas de
ZrN/ZrOxNy sometidos a corrosión en solución de cloruro de sodio
Morphological and structural change of ZrN/ZrO xNy thin films
subjected to corrosion in NaCl solution
G I Cubillos1, E Romero1 and N Parra1
1
Grupo de Materiales y Procesos Químicos, Departamento de Química, Universidad
Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Se evaluaron los cambios estructurales y morfológicos generados en películas delgadas de
nitruro/oxinitruro de zirconio (ZrN/ZrOxNy) después de ser sometidas a corrosión en solución de
cloruro de sodio. Las películas se depositaron sobre tres tipos de acero inoxidable mediante la técnica
de sputtering RF empleando como mezcla de gases reactivos N2/O2 en atmósfera de argón. La
estructura cristalina se determinó a partir de difracción de rayos X (DRX), los cambios morfológicos
por microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM). La
composición química de las películas se realizó a partir de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X
(XPS) y la resistencia a la corrosión a partir de técnicas electroquímicas basadas en la polarización
lineal (LP). Los resultados muestran que después de la prueba de polarización, la mayor evidencia de
corrosión por picadura se presenta en el recubrimiento depositado sobre AISI 2205, sobre AISI 304LS
se presenta delaminación del recubrimiento y sobre AISI 316L el daño generado por el cloruro de
sodio es inferior. Sobre los diferentes sustratos se observa incremento en la rugosidad de la película
después de la prueba de corrosión y por último DRX muestran oxidación de ZrOxNy hacía ZrO2-m y
de ZrN hacía ZrOxNy.
Abstract. Morphological and structural change were studied in of zirconium nitride and oxynitride
thin films (ZrN/ZrOxNy) deposited via RF magnetron sputtering on stainless steel substrates in a
reactive atmosphere of N2/O2, in argon. The crystallographic structure of the films was established
through X-ray diffraction (XRD), the morphology was evaluated through scanning electron
microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Chemical analysis was carried out using Xray photoelectron spectroscopy (XPS) and corrosion resistance was evaluated through electrochemical
techniques based on linear polarization (LP). The results show that after the polarization test, the
strongest evidence of pitting occurs in the deposited coating on AISI 2205, on AISI 304LS occurs
coating delamination and AISI 316L on the damage generated by the sodium chloride is less. On
different substrates is observed increase in the roughness of the film after the corrosion test and finally,
the XRD analysis showed that ZrOxNy is oxidized to ZrO2 and ZrN is oxidized to ZrOxNy.
Propiedades geométricas, electrónicas y de reactividad química
intrínseca de derivados mono- y bi-sustituidos de quinoleína para
el estado fundamental en fase gaseosa
Geometric, electronic and intrinsic chemical reactivity properties
of mono- and bi-substituted quinoline derivatives for the ground
state in gas phase
L Hincapié1, O Neira1 and C García1
1
Grupo de Espectroscopía Óptica y Laser, Universidad Popular del Cesar, Cesar, Colombia
Resumen. Se presenta el estudio de las propiedades geometricas, electronicas y de reactividad química
intríseca de la Quinoleina y las tres moléculas derivadas: 4-Amino-Quinoleina, 3-Fenil-Quinoleina, 4Amino-3-FenilQuinoleina. El estudio se llevó a cabo para el estado fundamental en fase gaseosa en el
marco de la Teoría de los funcionales de la densidad usando el modelo B3LYP/6 31+G(d). El
propósito del estudio está dirigido a identificar un compuesto derivado de la quinoleina con base a una
mono- o bi-sustitucion , usando el fragmento amino y el grupo fenil, que por sus propiedades de
reactividad química intrinsecas muestes una tendencia a tener mejores propiedades opticas de
absorción, una de las cuatro condiciones que se espera de una material que se quiera usar como capa
activa, usando la escitación optica.
Abstract. The study of geometric, electronic properties and intrinsic chemical reactivity of Quinoline
and three-derived molecules (4-Amino-Quinoline, 3-Phenyl-Quinoline, 4-Amino-3-phenylquinoline) is
presented. The study was carried for the ground state in gas phase in the context of the functional
theory density using B3LYP / 6 31 + G (d) model. The purpose of the study is aimed at identifying a
compound derived from quinoline, on based to mono- or bi-substitution, using the amino fragment and
the phenyl group, which by its intrinsic properties of chemical reactivity present a tendency to have
better optical absorption properties, which is one of the four conditions that must satisfy a material to
be used as active layer, using the optical excitation.
Efecto del fragmento amino sobre las propiedades geométricas,
electrónicas y de reactividad química intrínseca de la 1,2
benzopirona en fase gaseosa para el estado fundamental
Effect of amine fragment on geometric, electronic and intrinsic
chemical reactivity properties of 1,2 benzopyrone for the ground
state in gas phase
O Neira1, C García1 and L Hincapié1
1
Resumen. Se presenta el estudio de las propiedades geometricas, electronicas y de reactividad química
intríseca de la Cumarina tipo 1,2-Benzopirona y las tres moléculas derivadas: 4-Amino-Cumarina, 3Fenil-Cumarina, 4-Amino-3-Fenil-Cumarina. El estudio se llevó a cabo para el estado fundamental en
fase gaseosa en el marco de la Teoría de los funcionales de la densidad usando el modelo B3LYP/6
31+G(d). El propósito del estudio está dirigido a identificar un compuesto derivado de la quinoleina
con base a una mono- o bi-sustitucion , usando el fragmento amino y el grupo fenil, que por sus
propiedades de reactividad química intrinsecas muestes una tendencia a tener mejores propiedades
opticas de absorción, una de las cuatro condiciones que se espera de una material que se quiera usar
como capa activa, usando la escitación optica.
Abstract. The study of geometric, electronic properties and intrinsic chemical reactivity of Cumarine
tipe 1,2-Benzopirone and three-derived molecules (4-Amino-Cumarine, 3-Phenyl-Cumarine, 4-Amino3-phenyl-cumarine) is presented. The study was carried for the ground state in gas phase in the context
of the functional theory density using B3LYP / 6 31 + G (d) model. The purpose of the study is aimed
at identifying a compound derived from quinoline, on based to mono- or bi-substitution, using the
amino fragment and the phenyl group, which by its intrinsic properties of chemical reactivity present a
tendency to have better optical absorption properties, which is one of the four conditions that must
satisfy a material to be used as active layer, using the optical excitation.
Efecto del sustituyente donante de electrones por resonancia sobre
las propiedades ópticas de absorción de la 1,2 benzopirona en fase
gaseosa para el estado fundamental
Effect of electron donating substituent by resonance on pptical
absorption properties of 1,2 benzopyrone for the ground state in
gas phase
O Neira1, C García1 and L Hincapié1
1
Resumen. Se presenta los resultados de la modelacion de las propiedades opticas de absorción del
compuesto Cumarina tipo 1,2-Benzopirona y tres de sus compuestos derivados(4-Amino-Cumarina, 3Fenil-Cumarina, 4-Amino-3-Fenil-Cumarina), dos monosustituidos y uno bisustituido. El estudio se
llevó a cabo para el estado fundamental en fase gaseosa en el marco de la Teoría de los funcionales de
la densidad usando el modelo B3LYP/6 31+G(d). En la mono-sustitución, primer caso, se muestra los
efectos de donante de electrones y el alargamiento de la cadena de enlaces pi conjugados en forma
indendiente, mientras que en el segundo caso, la bi-sustitución, muestra el efecto simultaneo deñ grupo
donante de electrones y el alargamiento de la cadena de enlaces pi conjugados. Los resultados
muestran que los compuestos 4-Amino-Quinoleina y 4-Amino-3-FenilQuinoleina mejoraon sus
propiedades de absorcion optica en comparacion con la del compuesto padre.
Abstract. The Modeling results of the optical absorption properties of the quinoline compound and
three derivative compounds (4-Amino-Cumarine, 3-Phenyl-Cumarine, 4-Amino-3-phenyl-cumarine:
two mono-substituted and one di-substituted) is presented. The study was carried for the ground state
in gas phase in the context of the functional theory density using B3LYP / 6 31 + G (d) model. Monosubstitution, the first ca time dependent se, the effects independently of electron donor and the chain
lengthening bonds pi-conjugated are shown, while in the second case, the bi-substitution, shows the
simultaneous effect of donor group and electron and increase of chain conjugated pi bonds. The results
show that compounda improved optical absorption properties compared with the parent compound.
Propiedades ópticas de absorción de derivados mono- y bisustituidos de quinoleína en fase gaseosa para el estado
fundamental
Optical absorption properties of mono- and bi-substituted
quinoline derivatives for the ground state in gas phase
L Hincapié1, O Neira1 and C García1
1
Resumen. Se presenta los resultados de la modelacion de las propiedades opticas de absorción del
compuesto quinolina y tres de sus compuestos derivados(4-Amino-Quinoleina, 3-Fenil-Quinoleina, 4Amino-3-FenilQuinoleina), dos monosustituidos y uno bisustituido. El estudio se llevó a cabo para el
estado fundamental en fase gaseosa en el marco de la Teoría de los funcionales de la densidad usando
el modelo B3LYP/6 31+G(d). En la mono-sustitución, primer caso, se muestra los efectos de donante
de electrones y el alargamiento de la cadena de enlaces pi conjugados en forma indendiente, mientras
que en el segundo caso, la bi-sustitución, muestra el efecto simultaneo deñ grupo donante de electrones
y el alargamiento de la cadena de enlaces pi conjugados. Los resultados muestran que los compuestos
4-Amino-Quinoleina y 4-Amino-3-FenilQuinoleina mejoraon sus propiedades de absorcion optica en
comparacion con la del compuesto padre.
Abstract. The Modeling results of the optical absorption properties of the quinoline compound and
three derivative compounds (4-Amino-quinoline Quinoline 3-phenyl-4-Amino-3-phenylquinoline; two
mono-substituted and one di- substituted) is presented. The study was carried for the ground state in
gas phase in the context of the time dependent functional theory density using B3LYP / 6 31 + G (d)
model. Mono-substitution, the first case, the effects independently of electron donor and the chain
lengthening bonds pi-conjugated are shown, while in the second case, the bi-substitution, shows the
simultaneous effect of donor group and electron and increase of chain conjugated pi bonds. The results
show that compounds 4-Amino-Quinoline and 4-Amino-3-phenylquinoline improved optical
absorption properties compared with the parent compound.
Susceptibilidad magnética A.C., magnetización e influencia del
tratamiento térmico en la obtención de la estructura
nanocristalina de la aleación amorfa de composición
Fe37Co35Nb6B11Si10Cu1
Magnetic susceptibility ac, magnetization and influence of heat
treatment on obtaining the structure nanocrystalline amorphous
alloy composition Fe37Co35Nb6B11Si10Cu1
A Orozco1, Z Caamaño1 and A Rosales2
1
Grupo de Ciencia y Caracterización de Materiales, Universidad del Atlántico, Barranquilla,
Colombia
2
Grupo de Magnetismo y Materiales Avanzados, Universidad Nacional de Colombia,
Manizales, Colombia
Resumen. En este trabajo se presenta un estudio de la susceptibilidad a.c en función de la frecuencia y
la longitud, para la aleación magnética amorfa de composición Fe37Co35Nb6B11Si10Cu1. Se varió la
frecuencia utilizando un rango entre 10 Hz y 5 KHz, y la longitud de la muestra entre 10 mm y 4 mm
con una amplitud constante de alrededor de 1 Vrms, variando el campo magnético entre -74 y 74 Oe.
Así mismo, se obtuvo el valor de magnetización de saturación a partir de las curvas de histéresis
magnética registrada en un VSM. Las muestras fueron obtenidas en su estado amorfo por la técnica de
Melt-Spinning. Tanto las medidas de susceptibilidad a.c. como las de magnetización fueron realizadas
a temperatura ambiente. Las muestras amorfas serán cristalizadas parcialmente mediante tratamientos
térmicos de las muestras amorfas desde temperatura ambiente hasta diferentes temperaturas. Será
evidenciada por la técnica de DRX, a través de la identificación de fases cristalinas presentes, del
tamaño de grano, fracción cristalizada y la distancia entre granos obtenidos en función de la
temperatura de tratamiento térmico. Las muestras amorfas serán cristalizadas parcialmente mediante
tratamientos térmicos de las muestras amorfas desde temperatura ambiente hasta diferentes
temperaturas. Será evidenciada por la técnica de DRX, a través de la identificación de fases cristalinas
presentes, del tamaño de grano, fracción cristalizada y la distancia entre granos obtenidos en función
de la temperatura de tratamiento térmico.
Abstract. This paper presents a study of ac susceptibility as a function of frequency and length, for the
amorphous magnetic alloy composition Fe37Co35Nb6B11Si10Cu1 presented. The frequency was
varied using a range between 10 Hz and 5 kHz, and sample length 10 mm and 4 mm with a constant
amplitude of about 1 Vrms, the magnetic field varying between -74 and 74 Oe. Also, the saturation
magnetization value is obtained from magnetic hysteresis curves recorded in a VSM. Samples were
obtained in the amorphous state by Melt-Spinning technique. Both measures susceptibility a.c. and the
magnetization were performed at room temperature. The amorphous sample will be partially
crystallized by heat treatments of amorphous specimens from room temperature to different
temperatures. Will be evidenced by XRD technique, through the identification of crystalline phases,
grain size, crystalline fraction and the distance between grains obtained according to the heat treatment
temperature. The amorphous sample will be partially crystallized by heat treatments of amorphous
specimens from room temperature to different temperatures. Will be evidenced by XRD technique,
through the identification of crystalline phases, grain size, crystalline fraction and the distance between
grains obtained according to the heat treatment temperature.
Cambios en las propiedades estructurales y eléctricas de
polianilina y polipirrol por dopaje con mullita
Changes on electrical and structural properties of polyaniline and
polypyrrol by mullite doping
C P González1, A M Montaño1,2, S E Estrada1 and C A Ortiz3
1
Grupo de Investigación en Materiales (GIM), Departamento de Ciencias Básicas,
Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga, Bucaramanga, Colombia
2
Escuela de Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
3
Grupo de Investigación en Superficies, Electroquímica y Corrosión (GSEC), Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. En el presente trabajo, se ha evaluado el efecto del dopante Mullita (Mull) en las
propiedades estructurales y eléctricas de dos polímeros conductores (PCs) de gran interés en la ciencia
e ingeniería de materiales: la polianilina (PAni) y el polipirrol (PPy). Los polímeros dopados, fueron
sintetizados con diferente contenido del mineral y a dos tiempos de polimerización (tP), mediante
síntesis química en medio ácido; usando persulfato de amonio (PSA) como iniciador de la
polimerización y con el agente dopante in situ. La caracterización estructural se realizó por difracción
de rayos x (DRX) y espectroscopia infrarroja de Transformada de Fourier (FTIR). Los valores de
conductividad (σac) se estimaron a partir de la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS).
Para las concentraciones trabajadas se obtuvieron mayores valores de σac en la de mayor
concentración del mineral, sin embargo, en algunos compuestos la conductividad disminuyó. Estas
variaciones en la conductividad fueron atribuidas a las interacciones PC-dopante.
Abstract. In this work, the effect of Mullite dopant (Mull) on the structural and electrical properties of
two conductive polymers: polyaniline (PAni) and polypyrrole (PPy), which have great interest in
science and materials engineering, has been evaluated. Doped polymers were synthesized with
different contents of mineral and at two polymerization times (tP) by an in situ chemical synthesis in
acidic aqueous solution and using ammonium persulfate (APS) as the reaction initiator. Structural
characterization was performed by x ray diffraction (XRD) and Fourier Transform infrared
spectroscopy (FTIR). The conductivity values (σac) were estimated from electrochemical impedance
spectroscopy (EIS). It was found that, at concentrations of work, were obtained higher values σac of
conductivity at the highest concentration of the mineral, however, in some compounds the conductivity
decreased. The variations in conductivity were attributed to PC-dopant interactions.
Caracterización superficial del acero HP-40 mediante
Espectroscopia de μ-plasma inducido por láser (μ -LIBS) y SEM
Surface characterization of HP-40 steel by laser induced μ breakdown spectroscopy (μ -LIBS) and SEM
M Pinto1, X Calderón1, E Mejía-Ospino1, R Cabanzo1 and Juan C Poveda1
1
Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular (LEAM), Universidad Industrial de
Resumen. En el presente estudio, microscopía óptica en modo estereoscópico acoplada espectroscopia
de μ-plasma inducido por laser (μ-LIBS) fue empleado para el análisis de muestras de acero HP-40.
MicroLIBS (μ-LIBS) es una nueva área en crecimiento que emplea pulsos laser de baja energía para la
generación de plasma, ésta permite la realización de un microanálisis localizado. Este nuevo
instrumento LIBS se aplicó para la caracterización superficial de muestras de acero en un rango
espectral de 356 a 401nm. Un numero de elementos tales como Cr, Ni, Fe, Nb, Pb, Mo, C, Mn y Si en
las muestras de acero fueron investigados. Los resultados permitieron la construcción de perfiles de
distribución elemental de las muestras. Complementariamente las muestras de acero HP-40 fueron
caracterizadas superficialmente por microscopia electrónica de barrido (SEM).
Abstract. In the present study, optical microscopy in stereoscopic mode coupled to laser-induced μbreakdown spectroscopy (μ-LIBS) was applied for analysing HP-40 steel samples. MicroLIBS (μLIBS) is a new growing area which employs low energy laser pulses for the generation of plasma
emission, which allow the realization of localized microanalysis [1]. This new LIBS instrument was
applied for the surface characterization of the steel samples in the spectral range from 356 to 401nm. A
number of elements such as Cr, Ni, Fe, Nb, Pb, Mo, C, Mn and Si in the steel samples were
investigated. The results allowed the construction of elemental distribution profiles of the samples.
Complementarily the HP-40 steel samples were superficially characterized by Scanning Electron
Microscope (SEM).
Análisis estructural y de impedancia de perovskitas SrTiO3
dopadas con Co
Structural and impedance analysis of Co-doped SrTiO3 perovskite
E Echeverri1 and O Arnache1
1
Grupo de Estado Sólido, Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
E-mail: [email protected], [email protected]
Resumen. Se prepararon muestras policristalinas de𝑆𝑟𝑇𝑖1−𝑥 𝐶𝑜𝑥 𝑂3 ( 0.2 x 0) por reacción en estado
sólido. Los análisis DRX muestran que la estructura tipo perovskita (Pm3m) se conserva en todas las
muestras, sin impurezas. Se observó un ligero aumento en el parámetro de red para x  0.05. La
morfología y composición se analizó por SEM-EDX. Se hicieron medidas de espectroscopía de
impedancias desde 50 Hz hasta 1 MHz a diferentes temperaturas (25 – 500°C). Los espectros fueron
analizados con diagramas Z' vs Z'', los cuales revelan la presencia de 3 contribuciones asociadas a los
electrodos, las fronteras de grano y al grano. A partir de los ajustes se estimaron las frecuencias (fb) y
tiempos de relajación () del grano, con valores de fb = 220Hz y  = 4.5ms para la muestra del 3% de
Co a RT. Los análisis de la permitividad ε* presentan una dispersión a frecuencias bajas (< 300 Hz), la
cual aumenta con la temperatura. Cada componente de ε* converge a frecuencias por encima de
300KHz. Finalmente, se presenta una discusión del comportamiento de la conductividad eléctrica y
las energias de activación mediante el análisis 𝜎′vs log(ω) y ln⁡(𝜎) vs 1/T.
Abstract. 𝑆𝑟𝑇𝑖1−𝑥 𝐶𝑜𝑥 𝑂3 ( 0.2  x  0) policrystalline samples were prepared by solid-state reaction.
XRD analysis shown the perovskite type structure is conserved for all samples without impurities. A
small increase in the lattice parameters were observed for x  0.05. Morphology and composition were
analyzed by SEM-EDX. Impedance spectroscopy measurements form 50 Hz to 1 MHzwere made at
different temperatures (25 – 500°C ). The spectra were analyzed by Z' vs Z'' plots, which reveal 3
contributions associated to electrodes, grain boundary and grain. From the fits the frequency (fb) and
times relaxation() of the grain were estimated, with values of fb = 220Hz and = 4.5ms for 3% Co
samples at RT. A disppersion in the permitivity ε* at low frequency (< 300 Hz) were observed, which
increase with the temperature. Each component of ε* converge for frequencies up to 300KHz.
Finally, a behavior and activation energy analysis of the electrical conductivity is presented from⁡𝜎′ vs
log(ω) and⁡ln⁡(𝜎) vs 1/T plots.
Investigación por espectroscopia raman intensificada por efecto
superficial (SERS) de vapreotide adsorbido sobre coloides de oro
Surface-Enhanced Raman Spectroscopy
Vapreotide adsorbed on gold colloids
Investigation
of
J Gómez1, R Cabanzo1 and E Mejia1
1
Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular, Universidad Industrial de Santander,
Resumen. Vapreotide (VAP), es un péptido análogo de Somatostina (SST) que contiene 8
aminoácidos y posee una estructura cíclica gracias al puente disulfuro formado entre las cisteínas en
las posiciones 2 y 7 de su cadena peptídica (D-Phe-Cys-Tyr-D-trp-Lys-Val-Cys-Trp-NH2); el péptido,
actúa como inhibidor de diversas funciones celulares incluyendo las secreciones endocrinas y
exocrinas y la proliferación de células normales y tumorales1 y como consecuencia de esta actividad
biológica es de interés para ser usado en diagnostico y terapia clínica. La técnica SERS permite
realizar análisis a bajas concentraciones, comparables a las condiciones fisiológicas ya que utiliza las
propiedades especiales de las nanopartículas metálicas y el efecto de intensificación de la radiación
generado por los plasmones superficiales. En este trabajo se presenta un estudio de la adsorción y
detección de Vapreotide usando SERS sobre nanopartículas metálicas de oro preparadas por reducción
con citrato de sodio; los espectros muestran bandas intensas incluso a concentraciones tan bajas como
10-6 M, demostrando la alta sensibilidad de esta técnica. En estos espectros es posible distinguir las
señales correspondientes a las vibraciones moleculares de VAP, incluyendo las del enlace S-S,
indicando que no hay ruptura del mismo sobre la superficie de oro y donde se destacan la
intensificación de los modos vibracionales marcadores de los residuos aromáticos triptófano,
fenilalanina y tirosina.
Abstract. Vapreotide (VAP), is one of the most promising analogs of Somatostatin (SST), it have 8
aminoacids cyclized through a cysteine bridge between 2 and 7 (D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Val-CysTrp-NH2). This peptide has a broad spectrum of biological actions, including inhibition of growth
hormone secretion, suppression of gastric and pancreatic exocrine secretion and normal and tumoral
cell proliferation, this biological activity has stimulated interest in research about its use in clinical
diagnosis and therapy. SERS technique allows analysis at low concentrations comparable to
physiological conditions because it uses the special properties of metal nanoparticles and the effect of
enhanced radiation generated by plasmons surface. In this work, we have performed a Raman and
SERS study of VAP, as well as the adsorption of VAP on gold colloids prepared by chemical
reduction with sodium citrate. The spectra show strong bands even at concentrations as low as 10 -6 M,
demonstrating the high sensitivity of this technique. In these spectra is possible to identify signals
corresponding to molecular vibrations of VAP, including the S-S bond, indicating no breakdown of
this bound onto the gold surface and the intensification of the vibrational markers modes of aromatic
residues tryptophan, phenylalanine and tyrosine.
Caracterización superfícial de películas delgadas tipo cermet
depositadas por magnetron sputtering
Surface characterization of cermet thin films deposited by
magnetron sputtering
J R Sanchez1 and R A Simão1
1
Laboratório de Superfícies y Filmes Finos, Programa de Engenharia de Metalúrgica e de
Materiais COPPE-UFRJ, Rio de Janeiro, Brazil
Resumen. Las películas tipo cermets son compuestos cerámico-metálicos ampliamente aplicacados
como capas absorbedoras en colectores solares, debido a sus propriedades optícas y térmicas. Está
configuración ha mostrado un excelente comportamiento selectivo, alcanzando absorbancias altas
(0.90-0.94) en el espectro visible y emitancias bajas (0.04-0.07) en el espectro infrarojo (IR), en
comparación a los otros tipos de configuración. A pesar de que el ZnO es comunmente usado en
aplicaciones optoelectronicas, su potencial en sistemas fototérmicos no ha sido explorado aun.
Considerando que el rendimiento de los cermets depende de algunas caracteristicas de la película como
forma, tamaño, distribución y fración de volumen de las partículas metálicas, estas películas fueron
depositas por el método de Magnetron Sputtering. Este método ofrece un mejor control de los
parametros de crescimiento que otras técnicas de deposición. Fueron producidas películas tipo cermet
formadas por partículas metálicas de níquel (Ni) y tugnsteno (W) en una matriz de óxido de zinc
(ZnO). Estas películas fueron caracterizadas por: espectroscopía óptica para evaluar su absorbancia y
emitancia, microscopía de fuerza atómica (AFM) para obtener la topografía y distribución de las fases
sobre la superfície, microscopía de fuerza magnética para encontrar y medir el tamaño de las partículas
metálicas de Ni y espectroscopía de fotoelectrones por rayos x, para evaluar la fracción de volumen
metálico.
Abstract. This Cermets are ceramic-metallic composites widely applied as the absorber layer in solar
collectors due to their optical and thermal properties. This configuration has shown an excellent
selective behavior, achieving higher absorptances (0.90-0.94) in the visible region and lower
emittances (0.04-0.07) in the infrared (IR) in comparison to other absorbers configurations. Although
ZnO is commonly used in optoelectronic applications, its potential for photothermal systems has not
yet been explored. Considering that the performance of cermets depends of some film characteristics
like shape, size, distribution and volume fraction of particles, the films were deposited by magnetron
sputtering. This method offers better control of the growth parameters than other deposition
techniques. In this work, tungsten (W) and nickel (Ni) metallic particles into a zinc oxide (ZnO)
matrix, also represented as (W-ZnO) and (Ni-ZnO), both of them cermets films were produced by
magnetron sputtering. Films were characterized by optical spectroscopy to evaluate their absorbance
and emmitance, Atomic Force Microscopy (AFM) to obtain topography and phases distribution over
the surface, Magnetic Force Microscopy (MFM) to find and measure the size of metal particles of Ni
and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) to evaluate the metallic fraction on the surface and
subsurface.
Caracterización fisicoquímica de los productos del petróleo en los
fondos de vacío del proceso de coquización retardada por métodos
de espectroscopia infrarroja FTIR-ATR y quimiométricos
Physico-chemical characterization of products from vacuum oil
under delayed coking process by infrared spectroscopy and
chemometrics methods
L V Meléndez1, E Mejía-Ospino1, R Cabanzo1 and A Guzmán2
1
2
Instituto Colombiano de Petróleo ICP, Colombia
Resumen. Los productos de coquización retardada de ocho fondos de vacío fueron estudiados por
espectroscopia infrarroja con reflectancia total atenuada (FTIR-ATR) y análisis por componentes
principales (PCA) a traves de la determinación de parámetros estructurales como factor de
aromaticidad (fa), alifaticidad (A2500-3100cm-1), grado de condensación aromática (GCA), longitud
de cadenas alifáticas (LCA) y longitud de cadenas asociadas a a moléculas aromáticas (LACAR); a
traves del desarrollo de una metodología que incluye el pre-procesamiento de los datos
espectroscopicos, la identificación por PCA de las señales que presentan mayor varianza en el espectro
y el uso de moléculas patron. Los parámetros calculados fueron comparados con los hallados por
resonancia magnética núclear de protones (1H-RMN) y 13-RMN.encontrandose una concordancia en
la tendenciaA continuación se evaluó la influencia y correlación de los parámetros calculados con
propiedades fisicoquímicas como la gravedad API, el contenido de azufre (%wS) y carbón Conradson
(%w CCR).Los resultados de este estudio muestran que es posible determinar propiedades
fisicoquímicas de crudos y fracciones a traves del uso de espectroscopia FTIR-ATR, lo cual da una
alternativa para reemplazar métodos tradicionales de caracterización (metodologías ASTM) que
requieren mayor tiempo de análisis, y el uso de solventes que hacen el análisis más costoso.
Abstract. Eight vacuum residues and their Delayed Coking liquids Products from Colombian crude
were study by infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR) and principal
component analysis (PCA). For the samples the structural parameters of aromaticity factor (fa),
alifaticity (A2500-3100cm-1), aromatic condensation degree (GCA), length of aliphatic chains (LCA)
and aliphatic chain length associated with aromatic (LACAR) were determined through the
development of a methodology, which includes the previous processing of spectroscopy data,
identifying the regions in the IR spectra of greatest variance using PCA and molecules patterns. The
parameters were compare with the dates from proton magnetic resonance (1H-NMR) and 13C-NMR.
The results showed the influence and correlation of structural parameters with some physicochemical
properties such as API gravity, weight percent sulfur (% S) and Conradson carbon content (% CCR).
The results of this study show that is possible to determine physicochemical properties of crude and
Fractions by FTIR ATR spectroscopy, this is an alternative to replace traditional methods of
characterization (ASTM Methodologies), which requiring more analysis time and are more expensive
because need to use solvents.
Síntesis y caracterización de materiales nanoestructurados a base
de Fe50Co50 y Fe75Co25
Synthesis and characterization of nanostructured materials based
of Fe50Co50 and Fe75Co25
M Consuegra1, Z Caamaño1, M D Baró2 and S Suriñach2
1
Grupo de Ciencia y Caracterización de Materiales, Universidad del Atlántico, Barranquilla,
Colombia
2
Grupo de Física de Materiales II, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra, España
Resumen. Actualmente los materiales magnéticos nanoestructurados son de gran interés en la
investigación básica del magnetismo y en aplicaciones tecnológicas. El interés radica en el tamaño
manométrico de las partículas, lo cual repercute en sus propiedades magnéticas. Los materiales
magnéticos nanoestructurados a base de FeCo tienen las mejores propiedades magnéticas blandas,
útiles en potenciales aplicaciones en equipos y dispositivos de almacenamiento de información. En
este trabajo se sintetizaron materiales nanoestructurados a base de Fe50Co50 y Fe75Co25 por el método
de aleado mecánico y se caracterizaron por diversas técnicas de análisis estructural, morfológico y
magnético. Se estudió la influencia de la composición en la morfología, estructura y propiedades
magnéticas de los polvos nanoestructurados obtenidos por difracción de rayos X, microscopia
electrónica de barrido y magnetometría de muestra vibrante.
Abstract. Currently nanostructured magnetic materials are of great interest in basic research of
magnetism and technological applications. The interest lies in the nanometric particle size, which
affects their magnetic properties. Nanostructured magnetic materials based on FeCo have the best soft
magnetic properties, useful in potential applications in equipment and storage devices. In this work,
nanostructured materials based on Fe50Co50 and Fe75Co25 were synthetized by mechanical alloying
method and they were characterized by different structural, morphological and magnetic analysis
techniques. The influence of the composition on the morphology, structure and magnetic properties of
nanostructured powders obtained by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and vibrating
sample magnetometer was studied.
Efectos fotónicos en nanoestructuras de la interfase Ti-TiO2
Phothonic effects on nanostructures in the Ti-TiO2 interphase
H P Quiroz1, C P Barrera-Patiño2, R R Rey-González2 and A Dussan1.
1
Departamento de Física, Grupo de Materiales Nanoestructutrados y Sus Aplicaciones,
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
2
Departamento de Física, Grupo de Óptica e Información Cuántica (GOIC), Universidad
Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. En el presente trabajo se hace un análisis teórico-experimental de los efectos ópticos en
nanoestructuras formadas en la interfase Ti-TiO2. Nanotubos de titania (TiO2) son fabricados por el
método de anodizado electroquímico usando como electrolito etilenglicol y variando en un amplio
rango los parámetros de síntesis. A partir de medidas de difracción de rayos X se observa que las
huellas o cuentas dejadas por los nanotubos sobre la superficie del Ti exhiben una estructura
policristalina con la presencia de las fases Anatasa y Rutilo. Los espectros de reflectancia y
absorbancia de las huellas revelan fenómenos ópticos similares a la iridiscencia. Fenómeno encontrado
comúnmente en la naturaleza y tradicionalmente asociado a propiedades fotónicas. Usando el método
de ondas planas y modelando las nanoestructuras observadas en la interfaz como un cristal fotónico
bidimensional se calcula la brecha de frecuencias ópticas prohibidas en función de los parámetros
geométricos. Se encuentra que al aumentar el contraste espacial, es posible obtener un incremento en el
ancho de la brecha de frecuencias prohibidas. Los anteriores resultados hacen de estas nanoestructuras
candidatas promisorias en el desarrollo de dispositivos fotónicos.
Abstract. In this work we present a theoretical-experimental study of the optics effects in
nanostructures formatted in the Ti-TiO2 interfase. Titania (TiO2) nanotubes are fabricated by
electrochemical anodization method using Ethylene glycol and varing in a wide range the sinthesis’s
parameters. From X-ray difraction measurement was observed the traces, or counts leave by the
nanotubes on the surface of Ti, it showed a polycrystalline structure with presences of Anatase and
Rutile phases. The reflectance and absorbance spectra reveal optical phenomena similar to iridescence
in the traces. It phenomena is found commonly in the nature and traditionally it is associate to photonic
properties. Using the plane waves method (PWM) and modelling the nanostructures observed on the
interphase like bi-dimensional photonic crystals were calculated the photonic band gaps in function of
geometrical parameters. We found that is possible to obtain an enlargement in the wide of the photonic
band gap region when the spatial contrast increases. These results show these nanostructures like as
promissory candidates to develop photonic devices.
Láser y Procesos Híbridos - LHP
Laser and Hybrid Processes – LHP
Predicción de propiedades fisicoquímicas de carbones colombianos
utilizando espectroscopia infrarroja (FTIR-ATR) y métodos
quimiométricos
Prediction of physico-chemical properties of colombian coals using
infrared spectroscopy (FTIR-ATR) and chemometrics methods
C A Sánchez-Torrado1, R Cabanzo1 and E Mejía-Ospino1
1
Resumen. El carbón es un mineral de exportación y fuente de divisas para el país. Es importante para
la industria encontrar métodos rápidos que permitan clasificar el carbón y determinar sus propiedades
fisicoquímicas. La combinación de la Espectroscopia Infrarroja con Transformadas de FourierReflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR) y métodos quimiométricos, se ha presentado como una
alternativa válida para elaborar modelos que permiten predecir las propiedades fisicoquímicas de
muestras complejas. En este trabajo se estudiarón 27 muestras de carbon de diferentes zonas
carboníferas del país. A partir del análisis de varianza del espectro infrarrojo se determino que tres
zonas del espectro: 3000-2800 cm-1, 1750–1520 cm-1 y 900-700 cm-1 representan diferencias
estructurales, que permite clasificar el carbón por rango. Las propriedades de: humedad, carbono fijo,
matéria volátil, cenizas y poder calorifico de cada muestra se determinaron usando estandares
establecidos por American Society for Testing and Materials (ASTM). La combinación de los métodos
de análisis quimiométricos tales como (PCA) y (PLS) permitió implementar modelos predictivos para
distinguir la madurez de los carbones, encontrando que todas las muestras son del tipo carbón
bituminoso y sub-bituminoso. Igualmente no parece haber evidencia clara de relaciones cuantitativas
entre las propiedades estructurales y las propiedades fisicoquimicas.
Abstract. Coal is a mineral export and source of foreign exchange for the country. It is important for
the industry to find fast methods that allow classifying coal and determine their physicochemical
properties. The combination of Transformed Infrared-Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR) and
chemometric methods has been presented as a valid alternative to develop models that can predict the
physicochemical properties of complex samples. In this work 27 samples of coal from different coal
zones of the country were studied. From the analysis of variance of the infrared spectrum was
determined that three areas of the spectrum: 3000-2800 cm-1, 1750-1520 cm-1 and 900-700 cm-1
represent structural differences, which allows to classify coal by rank. The properties of: moisture,
carbon, volatile matter, ash and gross calorific value of each sample was determined using established
standards by American Society for Testing and Materials (ASTM). From a combination of the
chemometric methods of analysis such as (PCA) and (PLS) allowed implement predictive models to
distinguish the maturity of coals. We found that all samples are of the type bituminous and
subbituminous coal. Also, there does not seems to be clear evidence of quantitative relationships
between structural and physicochemical properties.
Síntesis y registro de un filtro complejo en un material
fotorrefractivo para operaciones de correlación fraccionarias
ópticas
Synthesis and recording a complex filter in a photorefractive
material for optical fractional correlation operations
Z Lizarazo1 and R Torres1
1
Grupo de Óptica y Tratamiento de Señales, Escuela de Física, Facultad de Ciencias,
Resumen. Entre las operaciones útiles para el tratamiento de señales se destacan la correlación y la
convolución. Estas operaciones han dado lugar a diversas aplicaciones tales como el reconocimiento
de formas, interpolación, extrapolación, entre otras. Un interés adicional se desprende de que éstas
pueden ser realizadas ópticamente, dada la relación matemática entre un fenómeno de difracción y la
transformación de Fourier. Con el mismo propósito se han adaptado las operaciones de convolución y
correlación fraccionarias, las cuales han permitido el desarrollo de nuevas aplicaciones cuya principal
característica se asocia a la variancia a la traslación, que puede constituir ventajas o desventajas. Es así
que se desarrolla una arquitectura óptica difrente, basada en la teoría metaxial, para llevar a cabo
nuevas operaciones de convolución y correlación fraccionarias que preserven la invariancia bajo
traslación. Para lo cual se hace el diseño y registro de un filtro complejo en un cristal fotorrefractivo,
explotando el efecto electroóptico que presentan estos materiales, para el registro de un holograma
usando una onda de referencia esférica. Este filtro es usado en un sistema 4-f modificado, dando como
resultado un sistema que permite realizar simultáneamente tanto convolución como correlación
fraccionaria cuya invariancia la hace útil al reconocimiento de formas.
Abstract. Among the useful operations for signal processing are the convolution and correlation.
These operations have resulted in various applications such as pattern recognition, interpolation,
extrapolation, among others. An additional interest comes that they can be made optically, given the
mathematical relationship between a phenomenon of diffraction and Fourier transform. For the same
purpose, are adapted convolution operations and fractional correlation, which have enabled the
development of new applications, whose main characteristic is associated with the shift variance,
which may result in advantages or disadvantages. Thus, a different optical architecture based on
metaxial theory is developed to perform new operations convolution and correlation fractional that
preserve the shift invariance. For that, the design and registration of a complex filter in a
photorefractive crystal, using the electrooptic effect of these materials, for recording a hologram with a
spherical wave of reference. This filter is used in a 4-f system modified, resulting in a system which
simultaneously allows both correlation as convolution fractional, whose invariance is useful to shape
recognition.
Modelado, Simulación y Diagnóstico - MSD
Modeling, Simulation and Diagnostics – MSD
Manipulación del estado de Abrikosov en un superconductor de
baja Tc: La influencia de gradientes térmicos
Manipulation of Abrikosov state in a low Tc superconductor: The
influence of thermal gradients
H M Hernández1, C Sjogreen-Blanco1 and J. BOrtega1
1
Resumen. En general, pocos estudios sobre el estado de Abrikosov han sido llevado a acabo en
presencia de gradientes de temperatura, podriamos tener situaciones en las cuales una muestra real está
en contacto con una fuente de calor conllevando a que la temperatura sea variable dentro de la muestra.
Asi, en este trabajo, estudiamos la influencia de varios gradientes de temperatura sobre la
configuración de vórtices y propiedades termodinámicas en un superconductor mesoscópico de baja
temperatura critica. Para este propósito simulamos una hipotética situación fisica donde la temperatura
varia dentro de la muestra como Tn, con n=1,2,3. El gradiente térmico de orden superior permite a la
muestra permanecer en estado Meissner hacia campos magnéticos más altos aumentando su
diamagnetismo. El primer campo crítico termodinámico presenta una suave dependencia con n.
Abstract. In general, few studies of the Abrikosov state in mesoscopic superconductors have been
carried out in presence of gradients of temperature, we could have situations where a real sample is
near a heater source leading to system temperature is variable in the entire sample. Thus, in this work
we studied the influence of several thermal gradients on the vortex configuration and thermodynamics
properties in a low critical temperature mesoscopic superconductor. For this purposes, we simulated a
hypothetical physical situation where the temperature varies into the sample as Tn, with n=1,2,3. The
thermal gradient at superior order allows to the sample remains in the Meissner state at higher
magnetic fields increasing the diamagnetism. The first thermodynamic field present a slowly
dependence on n.
Diseño e implementación de un sistema autónomo para
aplicaciones con sonda doble de Langmüir
Design and implementation of an autonomous system for double
Langmüir probe applications
C Jaramillo1, J E Correa1 and J J Jaramillo1
1
Universidad EAFIT, Medellín, Colombia
Resumen. Este trabajo describe una fuente de voltaje autónoma de bajo costo diseñada y construida
para ofrecer características específicas que satisfacen los requerimientos de una aplicación de sonda
doble de Langmüir. La fuente permite invertir la polaridad en la salida utilizando un relé y realizar un
barrido de potencial por medio de un sistema mecánico con base en un potenciómetro lineal acoplado a
un motor paso a paso. El sistema tiene un microcontrolador Arduino Uno y una pantalla μLCD táctil
como interfaz de usuario. La fuente cuenta a la salida con un potencial que puede variar entre 0 y 46 V
aproximadamente con pasos de 0,006 V. El microcontrolador registra las parejas de voltaje y corriente
de manera secuencial con un intervalo de tiempo determinado por su reloj (16MHz). Con el fin de
minimizar errores, el sistema calcula un promedio estadístico, utilizando un número de pares de datos
por paso definidos por el usuario. La información se entrega por medio de un puerto usb y/o en una
memoria extraíble μSD en un archivo.txt.
Abstract. This work describes a low cost voltage source, designed and built to offer specific
characteristics which satisfy the requirements of a Langmüir double probe application. The source can
invert the output polarity using a relay and can do a voltage sweep using a mechanical system based on
a linear potentiometer coupled with a stepper motor. The system has a microcontroller Arduino Uno
and a μLCD touch display as user interface. The power source presents an output, which can vary
between 0 and 46 V approximately with steps of 0,006 V. The microcontroller registers pairs of
voltage and current sequentially, with a time interval determined by its clock (16MHz). In order to
minimize errors, the system estimates a statistical mean, using a number of pairs of data defined by the
user. The data is provided via USB and/or in a detachable μSD in a.txt file.
Desarrollo de una aplicación web para determinar la densidad
superficial de iones implantados en metales
Development of a web application to determine the surface density
of ions implanted into metals
F H Vera-Rivera1, V D Dugar-Zhabon2, H J Dulce-Moreno1 and E D V-Niño2
1
Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia
2
Resumen. El presente trabajo de investigación busca implementar una aplicación web que permita
calcular la dosis de iones implantados enla superficie de los solidos metalicos a partir de los
parámetros experimentales establecidos en el Reactor MOSMET-JUPITER utilizado para realizar
modificaciones de especies metálicas y no metálicas en sustratos sólidos. El reactor JUPITER MOSMET, se encuentra en continua implementación, desarrollo e innovación dado que emplea una
técnica única universal respecto a las técnicas existentes de modificación superficial en la actualidad.
Conocer el valor de la dosis de iones implantados en la superficie del material es de gran importancia
para cada uno de los experimentos realizados en el reactor, teniendo en cuenta que una dosis o
densidad superficial de iones implantados por fuera del rango óptimo podría perjudicar o no proteger la
superficie del material. En la actualidad no existen aplicaciones desarrolladas que permitan realizar los
cálculos para la optimización del proceso y establecer la concentración por profundidad de los iones
implantados mediante descargas electricas pulsadas de alto voltaje a bajas presiones en la superficie de
los solidos.
Abstract. This research seeks to implement a web application that can calculate the implanted dose
from the experimental parameters of the MOSMET-JUPITER reactor. This reactor is used for
modification of metallic and nonmetallic solid substrates species. The reactor JUPITER - MOSMET is
in continuous implementation, development and innovation since it uses a single universal technique
over existing surface modification techniques today. Knowing the value of the dose of implanted in the
surface of the material is of great importance in the experiments performed in the reactor ions,
considering that a dose or surface density of implanted outside the optimal range ions could damage or
protect modified surfaces. At present there are no applications developed that allow calculations to
optimize the process and set the concentration depth profile of the ions implanted by electrics
dicharges pulsed high voltage at low pressures on the surface of the solidos.
Estudio computacional de confinamiento de plasmas RCE en
trampas magnéticas minimo-B y cero-B mediante el método PIC
usando programación en paralelo sobre una GPU
A parallel GPU computational study of confinement of ECR
plasmas in minimum-B and zero-B magnetic traps trough PIC
method
M T Murillo1 and V Dugar-Zhabon1
1
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Santo Tomás, Bucaramanga, Colombia
2
Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. En el presente trabajo se analiza mediante métodos computacionales el fenómeno de
confinamiento y calentamiento de plasmas, en trampas magnéticas abiertas mínimoB y ceroB bajo
condiciones de resonancia ciclotrónica electrónica (RCE). Para ello se usa la técnica de partícula en
celda en aproximación electrostática. Primero se simula la trampa mínimoB, la cual ya a sido estudiada
tanto numérica como experimentalmente, por lo que se logran confrontar 6 tipos diferentes de
resultados que nos sirven para validar nuestro código. De igual forma se analiza la trampa ceroB
propuesta por el Dr. DugarZhabon cuya característica principal es la nulidad del campo magnético en
el centro de la trampa. Los resulados muestran el comportamiento detallado de la componente
electrónica en la etapa inicial de formación del plasma. Dado el costo computacional del modelo usado
que nos permitía modelar detalles finos de la dinámica de plasma solo se alcanzaron resultados en el
tiempo de vida media de los electrones. Durante este periodo la trampa mínimoB mostró ser mejor
para la produción de iones que la trampa ceroB.
Abstract. This work analyzes through computational methods the phenomenon of confinement and
heating of plasmas, in open magnetic traps, types mirror, MinimumB, and zeroB under conditions of
resonance electron cyclotron (ECR). This simulation is made using electrostatic particle in cell
method. First, it simulates the minimum trap, which has been studied both numerical and
experimentally, by what are accomplished to confront 6 different types of results that help us to
validate our code. In the same way is analyzed the zeroB trap, it trap is proposed by Dr. DugarZhabon
whose main characteristic is the nullity of the magnetic field in the center of the trap. The results show
the detailed behavior of the electronic component in the initial stage of formation of plasma. Given the
computational cost of the used model that allowed us to model fine details of the dynamics of plasma
only reached results in the time of halflife of the electrons. During this period the minimum trap
proved to be better for the production of ions than the zeroB trap.
Límite de efectos de desmagnetización por crecimiento de la altura
de un prisma superconductor
Demagnetization effect limit by a superconductor prism height
growth
J Barba-Ortega1, M R Joya1 and P de T Freire2
1
Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá d.c., Colombia.
2
Departamento de Física, Universidade Federal de Ceará, Fortaleza, Brazil.
Resumen. El límite bajo el cual la curva de magnetización de un prisma mesoscópico superconductor
de sección transversal cuadrada 𝑙2 y espesor 𝑑 se aproxima al límite bidimensional característico, en el
cual la inducción magnética y la densidad de electrones superconductores son invariantes a los largo de
la dirección 𝑧, (𝑑⁡ → ∞), y los efectos de desmagnetización son despreciables, fue numéricamente
encontrado. Usando el formalismo tridimensional Ginzburg Landau dependiente del tiempo, hemos
determinado la dependencia analítica del espesor limite como función del tamaño lateral de la muestra
para 𝑙⁄𝜉 (0) = 1,2,3,4 como 𝑑 = 2𝑙 .
Abstract. The limit below which the magnetization curve of a mesoscopic superconducting prism of
cross section 𝑙2 and thickness 𝑑⁡approximates the characteristic bi-dimensional limit, which the
magnetic induction and the superconducting electron density are invariant along the 𝑧-direction,
(𝑑⁡ → ∞), and the demagnetization effects are negligible, was numerically found. Using the three
dimensional time dependent Ginzburg Landau formalism, we have determined the analytical
dependence of this height limit as a function of the lateral size of the sample for 𝑙⁄𝜉 (0) = 1,2,3,4 as
𝑑 = 2𝑙 .
Gradiente de la longitud de degennes en una muestra
superconductora
Degennes length gradient in a superconducting sample
J S Sanchez-Choachi1, E Sardella2 and J Barba-Ortega1
1
2
Departamento de Física, Universidade Estadual Paulista, Bauru, Brazil
Resumen. Pocos estudios teóricos de las propiedades termodinámicas en superconductores han sido
llevados a cabo en situaciones donde la muestra está en contacto con un material anisotrópico. Así, las
propiedades físicas del material en contacto con el superconductor podrían variar en la superficie de la
muestra. En esta contribución, estudiamos las propiedades superconductoras de un prisma con sus
superficies laterales en contacto con diferentes clases de materiales metálicos o superconductores.
Simulamos una situación física hipotética donde el inverso de la longitud de extrapolación de
deGennes 𝑏 varía linealmente en la superficie de la muestra. El segundo campo crítico termodinámico
incrementa cuando 𝑏 < 0 es considerado.
Abstract. Few theoretical studies of the thermodynamics properties in superconductors have been
carried out in situations where the sample is in contact with an anisotropic material. Thus, the physical
properties of the material in contact with the superconductor could vary in the surface of the sample. In
this contribution, we study the superconducting properties of a prism with its lateral surfaces in contact
with different kinds of metallic and/or superconducting materials. We simulated a hypothetical
physical situation where the inverse of the deGennes extrapolation length 𝑏 varies linearly in the
surface of the sample. The second thermodynamic field increase when 𝑏 < 0 is considered.
Modelamiento cinético y solución numérica de los parámetros
presentes en los arcos catódicos en vacío
Kinetic model and numerical solution of parameters in the outer
region of a multi-cathode spot vacuum arc
D F Devia1, E Restrepo2, P S Ramirez2, D Sabogal2 and J D Alzate2
1
Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia
2
Universidad Nacional de Colombia, Colombia
Resumen. Se presenta un modelo del plasma generado en un arco a baja presión para estudiar los
parámetros presentes en este a partir de la teoría cinética. Este planteamiento permite obtener la
dependencia radial de parámetros típicos tales como potencial electrostático, energía cinética iónica,
densidad y temperatura electrónicas, considerando un modelo de simetría esférica y un fluido en estado
estacionario. Se estudió el comportamiento del potencial de perfil en la región alrededor del arco, el
cual causa una aceleración extra en los iones eyectados desde los spots catódicos. Las ecuaciones se
solucionaron numéricamente empleando el método Runge-Kutta de cuarto orden.
Abstract. A model of the plasma generated in an arc low-pressure for studying the parameters in this
from the kinetic theory is presented. This approach allows for the radial dependence of typical
parameters such as electrostatic potential, ion kinetic energy, electron temperature and density,
considering a model of spherical symmetry and a fluid in steady state. The behavior of the potential
profile in the region around the arc, which causes an extra acceleration of the ions ejected from the
cathode spots are studied. The equations were solved numerically using the Runge-Kutta method of
fourth order.
Influencia de las tensiones residuales térmicas en el
comportamiento de materiales compuestos de matriz metálica
reforzados con particulas (PMMC)
Influence of thermal residual stress on behavior of metal matrix
composites reinforced with particles (PMMC)
R Guzmán-Lopez1 and E Hernández-Arroyo1
1
Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga,
Colombia
Resumen. Las propiedades de un material compuesto de matriz metálica y refuerzo ceramico (PMMC)
pueden verse afectadas por diferentes sucesos ocurridos en el seno del material en un proceso de
fabricacion. La existencia de tensiones residuales como resultado del proceso de fabricación de estos
materiales (sobre todo en el caso de extrusión), puede diferenciar notablemente las curvas obtenidas en
ensayos de tracción de las obtenidas en ensayos de compresión. Uno de los temas que se desarrollan en
este trabajo es la influencia de las tensiones residuales en el comportamiento mecánico de estos
materiales. El objetivo del presente trabajo de investigación que se presenta es estimar numéricamente
las tensiones residuales térmicas utilizando un Modelo Microestructural de celda, para aleaciónes de
Magnesio ZC71 reforzadas con partículas de SiC en un porcentaje de 12%, 15% en volumen. La
microestructura del PMMC es representada como un sólido tridimensional prismático de forma cúbica,
con una partícula cilíndrica de refuerzo, ubicada en el centro del prisma. Estos modelos de celda son
muy utilizados en la predicción del comportamiento tensión deformación de los PMMC, en este
análisis la respuesta tensión-deformación uniaxial del material compuesto podrá ser obtenida a través
del cálculo por el código comercial de elementos finitos.
Abstract. The properties of a metallic matrix composites materials (PMMC) reinforced with particles
can be affected by different events occurring within the material in a manufacturing process. The
existence of residual stresses resulting from the manufacturing process of these materials (PMMC) can
markedly differentiate the curves obtained in tensile tests obtained from compression tests. One of the
themes developed in this work is the influence of residual stresses on the mechanical behaviour of
these materials. The objective of this research work presented is numerically estimate the thermal
residual stresses using a unit cell model for the Mg ZC71 alloy reinforced with SiC particles with
volume fractions of 12%, 15%. The PMMC microstructure is represented as a three dimensional
prismatic cube-shaped with a cylindrical reinforcing particle located in the center of the prism. These
cell models are widely used in predicting stress/strain behaviour of PMMC materials, in this analysis
the uniaxial stress/strain response of the composite can be obtained through the calculation using the
commercial finite-element code.
Aplicación del modelo de control en espacios de estado a partir de
las pérdidas totales obtenidas del porcentaje de carbono de la
chapa de acero al silicio
Application control model in state spaces from the total loss
percentage obtained from the carbon silicon steel sheet
M G Mago1, L Valles-Defendine2, J J Olaya-Florez3 and C Palomino-Naranjo1
1
Vicerrectoría de Investigación, Universidad ECCI, Bogotá D.C., Colombia
2
Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela
3
Resumen. Esta investigación presenta los modelos de control en espacios de estado que es una
representación en un modelo matemático de un sistema físico descrito mediante un conjunto de
entradas, salidas y variables de estado relacionadas por ecuaciones diferenciales de primer orden a
partir de las pérdidas totales obtenidas del porcentaje de carbono de la chapa de acero al silicio con la
cual se fabrican los núcleos de los transformadores de distribución. Las pérdidas totales al igual que el
coeficiente de acoplamiento del material, son parte de la ecuación de una de las variables de entrada.
El estado del sistema puede ser representado como un vector dentro de ese espacio. El modelo en
espacios de estado permite evaluar las señales de corriente en el lado primario, lado secundario y
magnetización a partir de las pérdidas totales, pero, ajustando el valor del coeficiente de acoplamiento
de la chapa de acero. La aplicación de este modelo traerá ventajas a las empresas que fabrican o
reparan estos equipos, ya que podrán diseñar la chapa de acero silicio bajo alguna condición de falla
versus valores nominales. La forma canónica es la forma perfecta, natural o simple en la cual se puede
presentar un “modelo” exacto por norma matemática demostrando que el modelo propuesto es
controlable, no observable y estable (CØE).
Abstract. This research presents the control models in state space is a representation of a mathematical
model of a physical system described by a set of inputs, outputs and state variables related by firstorder differential equations from the total losses obtained from carbon percentage of silicon steel sheet
with which the transformer cores are manufactured distribution. Total losses as the coupling
coefficient of the material, are part of the equation of one of the input variables. The system state can
be represented as a vector within that space. The state space model allows evaluating the current
signals in the primary side and secondary side magnetization from total losses, but by adjusting the
coupling coefficient of the steel sheet. The application of this model will bring benefits to companies
that manufacture or repair such equipment as may design silicon steel sheet under fault condition
versus nominal values. The canonical form is the perfect, natural and simple way in which to present
an accurate "model" for mathematical standard demonstrating that the proposed model is controllable
and stable unobservable (COE).
Modelamiento numérico de la fractura de alta temperatura en
materiales compuestos metálicos
Numerical modeling of high temperature fracture in metallic
composite materials
E Cendales-Ladino1 and A García-Mariaca1
1
Grupo de Investigación (GIDAD) Mecánica, Fundación universitaria los libertadores,
Bogota D.C., Colombia
E-mail: [email protected], [email protected]
Resumen. Las propiedades mecánicas de los materiales son fuertemente afectadas por el incremento
de la temperatura, mostrando comportamientos que podrían causar la falla como la termofluencia
(creep). En este artículo se realiza una breve descripción teórica de fractura de materiales,
profundizando en los conceptos de termofluencia y fluencia intergranular. Posteriormente se estudian
casos de aplicación tales como tenacidad a la fractura de un adhesivo epóxico de alta temperatura,
cerámicas de ultra alta temperatura, superaleaciones Nimonic 80A y fractura de tubos de vacío en
hornos de alta temperatura. De la revisión se concluye que las propiedades mecánicas de los materiales
en general no sufren grandes cambios a temperaturas inferiores de 650°C. Sin embargo, a temperaturas
superiores de 650 °C se evidencia el efecto de la aplicación de esfuerzo durante la termofluencia que
conlleva a fallas en los diferentes materiales. Este articulo muestra un modelo numérico computacional
que permite establecer el comportamiento mecánico de los materiales compuestos metálicos en
presencia de agrietamiento cuando el material se encuentra sometido a una temperatura que supera el
30% de la temperatura de fluencia del material. Los resultados obtenidos mediante la simulación
computacional muestran correlación con los resultados acerca del comportamiento de estos materiales,
observado a través del ensayo de termofluencia, encontrados en la literatura especializada.
Abstract. Mechanical properties of materials are strongly affected by increasing temperature, showing
behaviors that could cause failure as creep. This article provides a brief theoretical description about
fracture of materials, deepening on creep and intergranular creep. Later, cases of application such as
fracture toughness of adhesive high temperature epoxy, ultra high temperature ceramics, Nimonic
superalloys 80A and broken vacuum tubes in high temperature furnaces are studied. From the review
we conclude that the mechanical properties of materials generally do not undergo major changes at
temperatures below 650°C. However, at temperatures greater than 650°C, the effect of the application
of stress during creep entails failures in different materials. This paper shows a computer numerical
model that permits establish mechanical behavior of the metal compounds materials in the presence of
cracking when the material is subjected to temperatures exceeding 30% of the melt temperature of
material. The results obtained by computer simulation show correlation with the results about behavior
of these materials viewed through the creep test.
Vórtices dinámicos en la aleación Pb-In
Dynamics vortex in Pb-In alloy
J D González1,2, E Sardella3, and J Barba-Ortega2
1
Facultad de ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia
2
3
Departamento de Física, Universidade Estadual Paulista, Bauru, Brazil
Resumen. El condesado superconductor n el compuesto Nb-Al a campo magnético cero y bajo una
corriente externa aplicada es estudiado teóricamente. Para este sistema resolvemos las ecuaciones
Ginzburg Landau dependientes del tiempo en el calibre de potencial eléctrico cero encontramos que la
muestra permanece en el estado Meissner, con una pequeña resistividad debido al comportamiento
óhmico de la superficie metálica donde la corriente es aplicada. Además una discontinuidad en el
voltaje ocurre indicando un estado resistivo caracterizado por la entrada de pares vórtices-anti-vórtices
cuando se alcanza la corriente crítica. Mostramos curvas de voltaje promediado en el tiempo en
función de la corriente aplicada y diagramas de la densidad de pares de Cooper en la muestra
estudiada.
Abstract. The superconducting condensate in Pb-In alloy zero external magnetic fields and under an
external applied dc current is theoretically studied. For this system we solved the time dependent
Ginzburg Landau equations in the zero electric potential gauge. We found that the sample remains in
the Meissner state, with a small resistivity due to ohmic behaviour of metal surface where current is
injected. Also a voltage discontinuity occurs indicating a resistive state characterized by the entrance
of vortex-anti-vortex pairs when the critical current is research. We show a time-averaged voltage
curve as a function of the applied current and the snapshot of the Cooper-pair density in the studied
sample.
Magnétismo para pequeños acoplamientos en el modelo de red de
kondo con un potencial de superred
Small coupling magnetism in a kondo lattice model with a
superlattice potential
J Silva-Valencia1, R Franco1 and M S Figueira2
1
2
Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil
Resumen. Recientemente se han realizado varias propuestas para simular el modelo de red de Kondo
con átomos ultrafrios. Por ejemplo, Gorshkov y colaboradores [Nature Phys. 6, 289 (2010)]
propusieron que átomos de Yb en los estados 1S0 (g) y 3P0 (e) pueden ser confinados
independientemente en dos redes ópticas diferentes pero con la misma periodicidad, si además
consideramos una fuerte repulsión coulombiana entre los átomos localizados (e), entonces podemos
simular diferentes modelos de red de Kondo, donde los átomos libres g se mueven en diferentes
potenciales de confinamiento [PRA 81, 051603, 2010; Eur. Phys. J. B, 85, 5 (2012)]. Aqui, nosotros
estudiamos el estado base de un modelo de red de Kondo, donde los átomos libres se mueven en un
potencial tipo superred. Con este modelo que puede ser realizado en los montajes experimentales
actuales, nosotros mostramos que es posible obtener magnetismo para pequeños valores del
acoplamiento local en una dimensión. Encontramos una fase antiferromagnetica que no aparece en el
modelo original, pero es común en los materiales de fermiones pesados. Para pequeños acoplamientos
locales y valores grandes del potencial de superred observamos una evolución de ferromagnetismo a
antiferromagnetismo cuando la densidad global aumenta.
Abstract. Over the last few years several proposals to simulate the Kondo lattice model with cold
atoms were made. For instance, Gorshkov et al. [Nature Phys. 6, 289 (2010)] proposed that 171Yb
atoms in the 1S0 (g) and 3P0 (e) states can be confined independently in two different optical lattice
potentials with the same periodicity. If we consider a high repulsion interaction between the e localized
atoms, we can simulate diverse Kondo lattice problems, where the free g atoms are exposed to
different confining potentials [PRA 81, 051603, 2010; Eur. Phys. J. B, 85, 5 (2012)]. In the present
paper, we study the ground state of a Kondo lattice model, where the free carries undergo a superlattice
potential. With this model, which is feasible with the current cold atom setups, we show that it is
possible to obtain a magnetic order for small local couplings in one dimension. We found an
antiferromagnetic phase, which is absent in the original model but common for Kondo lattice
materials. For small local couplings and large superlattice strength potentials, we found a
ferromagnetic-antiferromagnetic ground state crossover when the global commensurate density
increases.
Transición espiralferromagnética en un modelo de red de kondo
con un potencial de doble pozo
Spiral to ferromagnetic transition in a kondo lattice model with a
doublé-well potential
R C Caro1, R Franco1 and J Silva-Valencia1
1
Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
Resumen. Nosotros estudiamos un sistema unidimensional de átomos de iterbio por medio de un
modelo de red de Kondo y considerando un potencial periódico de doble pozo para diferentes valores
de la densidad global (𝜌 =0.25 y 0.4). Este potencial ρ ha sido creado en montajes de átomos ultrafríos
[Nature Phys. 7, 147 (2011)] y junto con las recientes propuestas para emular el modelo de red de
Kondo con átomos fríos [PRL 111, 215304 (2013)] hacen nuestro modelo realizable e interesante. El
método de grupo de renormalización de la matriz densidad (DMRG) fue usado para calcular el factor
de estructura de carga y espín para diferentes valores de los parámetros del sistema. En todos los casos,
nosotros encontramos una transición de fase entre una fase ferromagnética y una fase espiral. Nosotros
observamos que los puntos críticos (Jc) que separan las dos fases cambian con la magnitud del
potencial (V) y el parámetro de salto (t). Nosotros determinamos el diagrama de fases del modelo y
mostramos que al aumentar V obtenemos menores valores para Jc e incrementando t se obtienen
valores mayores para Jc.
Abstract. We study a onedimensional system of ytterbium atoms through a Kondo lattice approach
and considering a double well periodic potential (DWPP) for different fixed density values (ρ=0.25
and 0.4). This potential has been created in cold atom setups [Nature Phys. 7, 147 (2011)] along with
recent proposals to emulate the Kondo lattice model with cold atoms [PRL 111, 215304 (2013)], which
made our model feasible and interesting. The density matrix renormalization group (DMRG) method
was used to calculate the charge and spin structure factor for different parameter values of the system.
In all cases we report a magnetic phase transition between ferromagnetic and spiral phases. We
observe that the critical point (Jc) that separates the two phases changes with the potential strength (V)
and the hopping parameter (t). We determine the phase diagram of the model and show that increasing
potential V gives us the lowest values for Jc and increasing t gives the highest values for Jc.
Estudio del grupo de renormalización de la matriz densidad del
modelo anyon-hubbard
Density matrix renormalization group study of the anyon-hubbard
model
J Arcila-Forero1, R Franco1 and J Silva-Valencia1
1
Resumen. Recientemente el estudio de redes ópticas ha permitido observar transiciones de fase lejos
de la incertidumbre que se presenta en el estudio de materiales. Las simulaciones de estos sistemas son
un excelente puente entre los materiales basados en física de la materia condensada y átomos fríos, de
esta manera se incrementa la importancia de la física computacional relacionada con problemas de
muchos cuerpos. Usando el grupo de renormalización de la matriz densidad estudiamos un modelo de
Hubbard para aniones, una variante del modelo Bose-Hubbard, en el que el parámetro de salto depende
de la densidad local, un mapeo exacto entre aniones y bosones en una dimensión. Los Aniones
interpolan entre fermiones y bosones, bajo intercambio de dos aniones la función de onda adquiere una
fase fraccional 𝑒 𝑖𝜃 . Concluimos que este sistema presenta dos fases: aislante de Mott y superfluido.
Presentamos el diagrama de fase para diferentes ángulos, el lóbulo de Mott aumenta con el incremento
de la estadística. Observamos una transición de fase reentrante para todos los lóbulos. Mostramos que
el modelo estudiado se encuentra en la misma clase de universalidad del modelo Bose-Hubbard con
interacción a dos cuerpos.
Abstract. Recently the optical lattices allow us to observing phase transition without the uncertainty
posed by complex materials and the simulations of this systems are the excellente bridge between
materials-based condensed matter physics and cold atoms. In this way the computational physics
related with many body problems increasing importance. Using the density matrix renormalization
group method we studied a Hubbard model for anyons which is an equivalent to a variant of the BoseHubbard model in which the bosonic hopping depends on the local density, this is an exact mapping
between anyons and bosons in one-dimension. The Anyons interpole between bosons and fermions, for
two anyons under particle exchange the wavefunction acquires a fractional phase 𝑒 𝑖𝜃 . We conclude
that this system presents two phases: Mott-insulator and superfluid. We present the phase diagram for
some angles, the Mott lobe increases with increasing of the statistical. We observe a reetrance phase
transition for all lobes. We showed that the model studied is in the same universality class as the model
Bose-Hubbard with two body interactions.
Fases aislantes de mott y superfluidas en superredes bosónicas
Mott insulator and superfluid phases in bosonic superlattices
G J Cruz1, R Franco2 and J Silva-Valencia2
1
Universidad Santo Tomas, Colombia
2
Resumen. Superredes (cadenas AB) son arreglos de potencial conformados por celdas unitarias, donde
cada celda posee dos sitios denotados por A y B. El estado base de un sistema de bosones sobre este
arreglo es descrito por el Hamiltoniano de Bose-Hubbard modificado, el cual incluye el parámetro 𝜆
definido como la diferencia de energía entre los sitios de cada celda unitaria. En recientes
investigaciones, el diagrama de fases de este sistema fue explorado hasta la densidad uno y muestra
nuevas fases aislantes en las densidades entera y semientera causadas por la superred, con una
transicion de fase en la densidad unidad. Por medio del grupo de renormalizacion de la matriz
densidad, en este trabajo se exploran las fases en densidades mayores a uno y se estudia la transición
de fase entre el aislante de Mott y el nuevo aislante en el límite termodinámico. El diagrama de fases
obtenido, muestra que en densidades enteras y semienteras se presentan fases aislantes y para
densidades mayores o iguales a uno, siempre existen transiciones de fase cuya densidad local fue
determinada. Además, el comportamiento de la entropía de von Neumann, sugiere un estado
superfluido entre las regiones aislantes para todas las densidades.
Abstract. Superlattices (AB chains) are potential arrangements conformed by unit cells, where each
one has two sites denoted by A and B. The ground state of bosons on this lattice is described by the
modified Bose-Hubbard Hamiltonian, which includes the parameter 𝜆 defined as the energy difference
between the sites into each unit cell. In a recent paper, the phase diagram of this system was explored
until density one and it shows new insulator phases in densities integer and semi-integer originated by
the superlattice, with a phase transition at the density one. By the density matrix renormalization group
method, in this work the phases in larger densities than one are explored and it is studied the phase
transition between the Mott insulator and the new insulator in the thermodynamic limit. The obtained
phase diagram shows that in densities integer and semi-integer insulator phases are presented, and for
densities equal or larger than one, always phase transitions exist between the insulator, states whose
local densities was determined. Also, the behavior of the von Neumann entropy suggests a superfluid
state between the insulator regions for all densities.
Campos críticos termodinámicos en una placa superconductora
con dos parámetros de orden
Thermodynamical critical fields in a superconducting strip with
two order parameters
J D González1, M R Joya2 and J Barba-Ortega3
1
Facultad de ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia
2 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. El descubrimiento del compuesto superconductor intermetálico de dos components MgB2
que tiene una temperatura crítica de 39K despertó gran interés en el uso de una generalización del
modelo de Ginzburg-Landau de dos bandas en superconductividad. Utilizamos la representación en
campos auxiliares para resolver estas ecuaciones y determiner los efectos de acoplamiento entre dos
condensados electrónicos en este tipo de superconductores mesoscópicos. Usando el método de
variables de enlace, desarrollamos una adecuada discretización de estas ecuaciones. Las simulaciones
numéricas son llevadas a cabo considerando la muestra inmersa en campo magnético perpendicular
homogéneo lo cual revela interesante curvas de magnetización.
Abstract. The discovery of the intermetallic two band compound superconductor MgB2 having a
critical temperature of 39K stirred up great interest in using the two order parameter Ginzburg-Landau
equations to model the phenomena of two-band in superconductivity. We use the representation in
auxiliary fields to solve this equations and determine the effects of the coupling between two electronic
condensates in this kind of mesoscopic superconductors. By using the link variable method, we then
develop suitable discretization of these equations. Numerical simulations are carried out considering
the sample immersed in a homogeneous perpendicular magnetic field which revealed interesting
magnetization curves.
Fases cuánticas de la cadena fermiónica AB2
Quantum phases for AB2 fermionic chains
S Murcia1, R Franco1 and J Silva-Valencia1
1
Resumen. Una cadena fermiónica es un sistema unidimensional compuesto por fermiones, los cuales
interactúan localmente y pueden saltar de un sitio a otro. En particular, una cadena tipo ABn, donde A y
B son sitios que presentan una diferencia de energía y el sitio B se repite n-veces, tal que la celda
unitaria tiene n+1 sitios. Un caso límite de este modelo que ha sido estudiado desde el punto de vista
teórico y desde aplicaciones experimentales, es el modelo de Hubbard Iónico (n=1) [Phys. Rev. B70,
155115(2004)]. En este trabajo estudiamos el estado fundamental de la cadena AB2 que describe el
material R4[Pt2(P2O5H2)4XnH2O], en particular consideramos un llenado igual a dos electrones por
celda unidad y usando el método númerico del grupo de renormalización de la matriz densidad
encontramos que el sistema presenta tres fases: aislante de banda, aislante de Mott correlacionado, y
una fase intermedia entre ellas. Para los acoplamientos =2, 10 y 20, se estimaron los puntos críticos
que separan estas fases por medio de los factores de estructura y gaps de carga y de espín; encontrando
que la posición de éstos puntos críticos aumenta en función de 
Abstract. A fermionic chain is a one-dimensional system with fermions, which interact locally and
can jump between sites in the lattice. In particular, an ABn chain type, where A and B are sites that
present a difference energy level  and the site B is repeated n-times, such that unit cell has n+1 sites.
A limit case of this model called Ionic Hubbard model (n=1) has been widely studied due to the
interesting phsyics and applications [Phys. Rev. B70, 155115(2004)]. In this paper we study the AB2
chain ground state, which describe the material R4[Pt2(P2O5H2)4XnH2O], specifically we consider a
filling with two electrons per unit cell and using the density matrix renormalization group method, we
found that system presents the phases: Band insulator, Mott correlated insulator and an intermediate
phase between them. For couplings =2, 10 and 20, we estimate the critical points wich separate this
phases through the structure factor and the energy gap in the sector of charge and spin, finding that the
critical point’s position increase in function of .
Modelación computacional del mecanismo de fragilización por
hidrogeno (HE) y agrietamiento bajo corrosión-esfuerzo (SCC) en
metales
Computational modeling of the mechanism of hydrogen
embrittlement (HE) and stress-corrosion cracking (SCC) in metals
A Orjuela-Guerrero1, E Cendales-Ladino1 and O Chamarraví-Guerra1
1
Grupo de Investigación (GIDAD) Mecánica, Fundación Universitaria los Libertadores,
Colombia
Resumen. El problema de la fragilización por la presencia de hidrogeno y la corrosión en elementos
mecánicos estructurales metálicos han sido considerados ampliamente en la literatura y hace parte del
gran conjunto de eventos de falla en algunas industrias como la industria petroquímica en la que los
ambientes agresivos y la solicitación excesiva de esfuerzos mecánicos en los elementos de maquina
conducen a fracturas y fallas catastróficas. Este artículo está orientado a examinar los modelos teóricos
y algunos conjuntos de datos existentes para explicar dos de las causas principales (fragilización por
hidrogeno y agrietamiento bajo corrosión-esfuerzo) del fenómeno denominado agrietamiento
ambientalmente asistido (EAC, por sus siglas en ingles). Adicionalmente, se desarrolló una simulación
computacional de placa metálica plana sujeta a esfuerzo mecánico y agrietamiento debido tanto a la
fragilización por hidrogeno como por corrosión. De la simulación computacional se concluye que el
agrietamiento debido a la corrosión interna del material en la vecindad de la punta de la grieta limita en
mayor cantidad la resistencia mecánica residual de la placa plana respecto a la fragilización por
hidrogeno y genera una condición de falla casi inminente del elemento mecánico estructural.
Abstract. The problem of embrittlement by the presence of hydrogen and metal corrosion in structural
mechanical elements have been widely considered in the literature and is part of the large set of failure
events in some industries such as Oil and Gas industry, where aggressive environments and excessive
application of mechanical stress on machine elements lead to fractures and catastrophic failures. This
article seeks to examine theoretical models and some existing data sets to explain the two main causes
(hydrogen embrittlement and corrosion-cracking under stress) of the called environmentally assisted
cracking phenomenon (EAC). Additionally, a computer simulation of flat metal plate subject to
mechanical stress and cracking due both to hydrogen embrittlement and corrosion was developed.
From the computer simulation we conclude that cracking due to internal corrosion of the material in
the vicinity of the crack tip limits in greater quantity the residual strength of the flat plate than
hydrogen embrittlement and generates a fault condition almost imminent of the mechanical structural
element.
Modelamiento matemático y validación de la carburización de
aceros de bajo carbono
Mathematical modeling and validation for carburizing of low
carbon steels
A García-Mariaca1, E Cendales-Ladino1 and O Chamarraví1
1
Grupo de Investigación (GIDAD) Mecánica, Fundación Universitaria los Libertadores,
Colombia
Resumen. Este artículo muestra el modelamiento matemático de transferencia de calor y de masa en
estado transitorio de barras cilíndricas de acero de bajo carbono sometidas a un proceso de
carburización. La solución del modelo para los dos fenómenos se realizó por medio de un análisis
unidimensional en la dirección del radio, utilizando el método numérico de diferencias finitas; además
se realiza un análisis de sensibilidad variando el coeficiente de transferencia de calor por convección
(h). Los resultados obtenidos en esta modelación muestran que la carburización de aceros es
fuertemente dependiente de h. Estos resultados sugieren que si se logra aumentar el valor de h en este
tipo de proceso se podrían reducir los tiempos de este tratamiento térmico. Adicionalmente, se
estableció un procedimiento experimental mediante la carburización de un acero AISI-SAE 1010, en el
que se desarrolla la cementación en fase solida de la probeta de acero y se realizó el análisis
micrográfico y de perfiles de dureza de muestras obtenidas de la probeta, para determinar la
profundidad de penetración del carbono y validar este resultado respecto a los valores obtenidos
mediante el modelo computacional.
Abstract. This paper shows the mathematical modeling of heat and mass transfer in transient state of
cylindrical bars of low carbon steel subjected to carburizing process. The model solution for the two
phenomena was performed using a one-dimensional analysis in the radius direction, using the
numerical method of finite differences; also a sensitivity analysis by varying the coefficient of
convective heat transfer (h) is performed. The modeling results show that this carburization steel is
strongly dependent on h. These results suggest that if it can increase the value of h in this kind of
process could reduce the time of process for this heat treatment. Additionally, an experimental
procedure was established by carburization of a steel AISI-SAE 1010, which develops cementing solid
phase and the specimen steel and micrographic hardness profiles obtained from samples of the
specimen analysis was performed, to determine the penetration depth of the carbon and validate this
result over the values obtained by the computer model.
Cálculo ab initio del ferromagnetismo semimetálico en las
superredes (VN)1/(AlN)1, (VN)1/(GaN)1 y (VN)1/(InN)1
Ab initio calculations of half-metallic ferromagnetism
(VN)1/(AlN)1, (VN)1/(GaN)1 and (VN)1/(InN)1 superlattices
in
M J Espitia-Rico1, J H Díaz-Forero1 and C Ortega-López2
1
Grupo GEFEM, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C., Colombia
2
Grupo de Estudio de Materiales y Sistemas Complejos (GAMASCO), Departamento de
Física, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
Resumen. En este trabajo se utilizó la teoría de Funcional de la Densidad DFT con el fin de estudiar
las propiedades estructurales y magnéticas de las superredes (VN)1/(AlN)1, (VN)1/(GaN)1 and
(VN)1/(InN)1 en la estructura hexagonal tipo wurtzita. Los cálculos se realizaron utilizando el método
Ondas Planas Aumentas y Linealizadas Potencial-Completo (FP-LAPW), tal como está implementado
en código Wien2k. Para describir la interacción electrón-electrón se usó la Aproximación Gradiente
Generalizado (GGA). Se encontró que las superredes poseen un comportamiento ferromagnético y
semimetálicos, todas las superredes posee un momento magnético de 2.0 µβ/celda. El análisis de la
densidad de estados muestra que el comportamiento ferromagnético de las superredes puede explicarse
debido a la fuerte hibridación entre los estados V-d y N-p que atraviesan el nivel de Fermi. Debido a
estas propiedades las superredes pueden ser potencialmente usadas en el campo de la espintrónica o
como inyectores de espín.
Abstract. We employed density functional theory density functional theory (DFT) in order to study
the electronic and magnetic properties of (VN)1/(AlN)1, (VN)1/(GaN)1 and (VN)1/(InN)1 superlattices,
in the wurtzite-type hexagonal structure. The calculations were carried out using a method based on
full-potential linearized augmented plane waves (FP-LAPW), employed exactly as implemented in
Wien2k code. For the description of the electron-electron interaction, generalized gradient
approximation (GGA) was used. We found that the superlattices exhibited a half-metallic
ferromagnetic behavior and all the superlattices have magnetic properties with a magnetic moment of 2
µβ/cell. Analysis of the density of states show that ferromagnetic behavior of the superlattices can be
explained by the strong hybridization between states V-d and N-p crossing of the Fermi level. Due this
properties the superlattices can be potentially used in the field of spintronics or spin injectors.
Teoría funcional de la densidad de análisis de las propiedades
magnética, estructural y eléctrica de la perovskita compleja
Ba2CoMoO6
Density functional theory analysis of magnetic, structural and
electronic properties of the Ba2CoMoO6 complex perovskite
C E Deluque-Toro1, D A Landínez-Téllez2 and J Roa-Rojas2
1
Grupo de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad de la Guajira, Riohacha,
Colombia
2
Resumen. Los materiales de tipo perovskita que incluyen elementos magnéticos tienen relevancia
debido a las perspectivas tecnológicas en la industria de la espintrónica. En este trabajo se presenta una
investigación de las propiedades magnéticas, estructurales y electrónicas de la doble perovskita
Ba2CoMoO6. Los cálculos se realizan mediante el método de ondas planas aumentadas linealizadas
(FP-LAPW) en el marco de la teoría del funcional de la densidad (DFT). Los efectos de intercambio y
correlación fueron llevados a cabo mediante las aproximaciones de Gradiente Generalizado (GGA) y
la densidad local (LDA), incluyendo polarización de espín. A partir de la minimización de la energía
en función del volumen, a través de la ecuación de estado de Murnaghan, se obtuvieron el parámetro
de red de equilibrio y las propiedades cohesivas de este compuesto. El estudio de la estructura
electrónica se basa en el análisis de la densidad electrónica de estados (DOS), y la estructura de
bandas, mostrando que este compuesto evidencia un momento magnético efectivo de 3.0 μB. Nuestros
resultados muestran que la perovskita doble Ba2CoMoO6 se comporta como aislante para una
orientación de espín y como conductor para la otra, como se espera en los materiales espín-metálicos.
Abstract. Perovskite-like materials which include magnetic elements have relevance due to the
technological perspectives in the spintronics industry. In this work, the magnetic, structural and
electronic properties of the Ba2CoMoO6 double perovskite are investigated. Calculations are carried
out through the Full-Potential Linear Augmented Plane Wave method (FP-LAPW) within the
framework of the Density Functional Theory (DFT) with exchange and correlation effects in the
Generalized Gradient (GGA) and Local Density (LDA) approximations, including spin polarization.
From the minimization of energy as a function of volume using the Murnaghan’s state equation the
equilibrium lattice parameter and cohesive properties of this compound were obtained. The study of
the electronic structure was based in the analysis of the electronic density of states (DOS), and the
Band structure, showing that this compound evidences an effective magnetic moment of 3.0 μB. Our
results show that the Ba2CoMoO6 double perovskite has an insulator behavior for the spin up
orientation and conductor for the other one, as expected for half metallic materials.
Modelación computacional bidimensional del factor de intensidad
de esfuerzos en un material metálico agrietado
Bidimensional computational modeling of the stress intensity
factor in a cracked metallic material
J Rolón-Rios1, E Cendales-Ladino1 and I Cruz-Bernal1
1
Grupo de Investigación (GIDAD)-Mecánica, Fundación Universitaria los libertadores,
Colombia
Resumen. El agrietamiento de los materiales metálicos de ingeniería reviste de gran importancia
debido al costo que implica el reemplazo de los elementos mecánicos agrietados así como el peligro
que implica la falla estructural súbita de estos elementos. Uno de los parámetros más importantes
durante el examen del comportamiento mecánico de los elementos de máquina que presentan
agrietamiento y que son sujetos a diversas condiciones de esfuerzo es el factor intensidad de los
esfuerzos en las localidades cercanas a la punta de la grieta denominada Kic. En este artículo se
implementó un modelo computacional para la evaluación directa del factor de concentración de
esfuerzos en la vecindad de la punta de la grieta y se compara con los resultados que se han obtenido
en la literatura especializada en la que se han establecido otros modelos, los cuales consideran la
continuidad del desplazamiento de la punta de la grieta (XBEM). Con base en esta aproximación
numérica computacional se puede establecer el método XBEM presenta mayor precisión en los valores
obtenidos para el Kic que el modelo implementado mediante el método de los elementos finitos para el
desplazamiento nodal virtual a través de la función de meseta.
Abstract. Cracking of metallic engineering materials is of great importance due cost of replacing
mechanical elements cracked and the danger of sudden structural failure of these elements. One of the
most important parameters during consideration of the mechanical behavior of machine elements
having cracking and that are subject to various stress conditions is the stress intensity factor near the
crack tip called factor Kic. In this paper a computational model for the direct assessment of stress
concentration factor near to the crack tip was implemented and compared with the results obtained in
the literature in which other models have been established, which consider continuity of the
displacement of the crack tip (XBEM). Based on this numerical approximation can be establish that
computational XBEM method has greater accuracy in Kic values obtained than the model implemented
by the method of finite elements for the virtual nodal displacement through plateau function.
Solución de las ecuaciones de poisson-nerst-planck usando latticeboltzmann
Lattice-boltzmann solution of the poisson-nerst-planck equation
F Fonseca1
1
Resumen. Las ecuaciones de Poisson-Nernst-Planck (PNP), determinan la concentración de iones
através del balance estadístico entre el gradiente de concentración y el potencial eléctrico y del sistema
es dado por la ecuación de Poisson. El modelo PNP ha sido aplicado al crecimiento pasivo de
superficies en hierro, al modelamiento de canales íónicos o en forma más general a la microfluídica.
En este trabajo se da solución a las ecuaciones PNP usando la técnica de Lattice-Boltzmann. Los
resultados de la simulación se contrastan con las soluciones analíticas, basados en la teoría de GouyChapmann encontrando buena concordancia.
Abstract. Poisson Nernst-Planck equations (PNP), determine the ion concentration using the statistical
balance between the concentration gradient and the electrical potential and the Poisson reports the
electric potential of the system. The PNP model has been applied to passive iron surface growth, the
modelling of ionic channels or more generally to the microfluidic. This paper gives solution to the PNP
equations using the Lattice-Boltzmann technique. The simulation results are compared with the
analytical theory based on the Gouy-Chapmann finding good agreement.
Simulación autoconsistente de un haz de electrones en un campo
magnético homogéneo con una onda viajera en modo circular TE11
Self consistent simulation of an electron beam in a homogeneous
magnetic field with a traveling wave in a circular mode TE11
H Gutiérrez-Amaya1, E A Orozco1 and V D Dugar-Zhabon1
1
Resumen. Es conocido que un electrón moviéndose en un campo magnético uniforme puede ser
acelerado por una onda electromagnética que se propaga paralela a dicho campo, manteniendo la
condición de resonancia ciclotrónica a lo largo de su movimiento. Este automantenimiento se logra
compensando la disminución de la frecuencia ciclotrónica, asociada al incremento de la energía del
electrón, con el corrimiento Doppler de la frecuencia de la onda percibida por este a medida que
aumenta su velocidad longitudinal. Esta condición puede ser afectada por la presencia de otros
campos; por ejemplo, el campo autoconsistente asociado a un haz relativamente denso. En este trabajo
se estudia dicha influencia sobre las condiciones de resonancia ciclotrónica de un haz de electrones
acelerado por un campo de microondas modo TE 11 en una guía de ondas de sección trasversal circular,
junto con un campo magnetostático uniforme paralelo al eje de la guía de ondas. Se muestra que un
haz monoenergético de 1 A inyectado con una energía de 1 keV en un campo magnético de 0.0139 T
es acelerado autoresonantemente por una onda de 1 kV/cm de amplitud y 2.45 GHz de frecuencia,
evidenciando una dispersión de la energía del haz asociada con el campo autoconsistente.
Abstract. It is known that an electron moving in a uniform magnetic field can be accelerated by an
electromagnetic wave propagating parallel to that field, keeping the cyclotron resonance condition
along its movement. This self-maintenance is achieved by compensating the decrease of the cyclotron
frequency, associated with the increasing energy of the electron, with the Doppler shift of the
frequency of this wave perceived as the longitudinal speed increases. This condition can be affected by
the presence of other fields; for example, the self-consistent field associated with a relatively dense
beam. In this work this influence on the conditions of cyclotron resonance of an electron beam
accelerated by a microwave field in a TE 11 mode waveguide of a circular cross section, with uniform
magnetostatic field parallel to the axis of the waveguide field is studied. It is shown that a
monoenergetic beam of 1 A injected with an energy of 1 keV in a magnetic field of 0.0139 T is
accelerated in self-resonance by a wave of 1 kV / cm in amplitude and 2.45 GHz frequency, showing a
dispersion of the beam energy associated with the self-consistent field.
Modelamiento del ensayo de nanoindentación instrumentada en
un sistema recubrimiento / interfaz / sustrato usando elementos
finitos
Modeling instrumented nanoindentation test on a film / Interface /
substrate system using finite element
A Gomez-Ovalle1, J M González1, C Ortega1 and F Sequeda1
1
Grupo de Investigación Recubrimientos Duros y Aplicaciones Industriales (RDAI),
Universidad del Valle, Cali, Colombia
Resumen. Se analizó el comportamiento mecánico del sistema recubrimiento/ interfaz/ substrato ante
una carga axial generada experimentalmente por nanoindentación instrumentada a través de una punta
piramidal tipo Bercovich comparando con resultados obtenidos por simulación utilizando el método de
elementos finitos. Los sistemas analizados fueron recubrimientos de Carburo de Tungsteno (WC) y
disulfuro de Tungsteno (WS2) sobre substratos de silicio (111) y acero respectivamente, en monocapa
y en multicapas variando el periodo entre 60 nm y 75 nm (3 μm espesor total para WC y 1.5 μm para
WS2). En el ensayo de indentación se generó un perfil de durezas analizando el decremento en las
propiedades mecánicas del recubrimiento asociado al efecto del sustrato y las fallas generadas. Para la
simulación de la interfaz del sistema se utilizó el modelo de zonas cohesivas, introduciendo planos
cohesivos en la interfaz entre el recubrimiento y el substrato e incluyendo planos coincidentes con los
vértices de la punta, para simular las posibles fallas de agrietamiento y relacionarlas con las fallas
cohesivas y de delaminación en el sistema. Se estableció una relación entre las curvas de cargadesplazamiento (P-h) generadas experimentalmente y las obtenidas por elementos finitos para
establecer las cargas críticas de falla.
Abstract. The mechanical behaviour of the coating / interface / substrate system to an axial load
generated was analysed experimentally by instrumented nanoindentation, through a pyramidal
Bercovich tip and compared with results obtained by simulation using the finite element method. The
systems are composed of tungsten carbide (WC) and tungsten disulphide (WS2) coatings on silicon
substrates (111) and steel respectively in monolayer and multilayer, varying the period between 60 nm
and 75 nm (total thickness of 3 um and 1.5 um respectively). In the indentation test hardness profile
was generated to examine the decrease in the mechanical properties of the coating, which was
associated with the substrate and the effect of failures generated such as delamination and cracking For
the simulation of the interface, the cohesive zone model was used, introducing cohesive planes at the
interface between the coating and the substrate and including planes coincide with the vertices of the
tip to simulate the possible failures of cracking and relate this with cohesive failures and delamination
between the film and substrate A comparison between the load-displacement curves (P-h) obtained by
experimentation and other generated by finite elements was made, thus critical loads for delamination
and cracking were established.
Aproximación atómica para el modelo de anderson periódico:
cálculo de propiedades termodinámicas
Atomic approach for the anderson lattice: thermodynamic
computations
F I Espitia-Castañeda1, R Franco1, J Silva-Valencia1, T Lobo2, M S Figueira2 and M E
Foglio3
1
2
Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro, Brasil
3
Instituto de Física, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Sao Paulo, Brasil
Resumen. Extendemos el formalismo de la denominada aproximaciòn atòmica para el caso de la
impureza de Anderson al caso de la red de Anderon, basicamente a partir de la funciòn de Green del
estado f en la aproximaciòn atòmica para el caso de la impureza, teniendo en cuenta la distribución
periódica de los estados localizados en el caso de la red, “construimos” la correspondiente función de
Green para el caso periódico. Llevamos en cuenta la satisfacción de los principios de conservación en
el proceso de dispersión mecánico–cuántico de los electrones de conducción por parte de los estados
localizados; empleando la función de Green obtenida para calcular la energía libre de Helmholtz, con
esta, obtenemos las propiedades termodinámicas del sistema: Calor Especifica, Entropía y
Susceptibilidad Magnética para un compuesto metálico. Discutimos nuestros resultados, realizando
una comparación con los obtenidos por otros métodos teóricos.
Abstract. We extent the atomic approach for the impurity Anderson model to the Anderson lattice,
basically we takes into account the periodicity of the system, in order to “construct” the localized f
Green function of the model, employing the f Green functions obtained for the impurity case. We takes
into account the conservation principles in the quantum scattering process of the conduction electrons
for the periodic localized states of the model; employing the obtained Greens functions in order to
compute the Helmholtz free energy and with it, obtained the thermodynamics properties; Specific
Heat, Entropy and Magnetic Susceptibility for a metallic compound. We discuss our results, doing a
comparison of our results whit the obtained for other theoretical methods.
Simulación por el método de montecarlo de la fabricación de
nanoporos en la superficie de un monocristal
Simulation by montecarlo method of nanoporous growth in the
surface of a single crystal
B A Garzón-Cifuentes1, J Jaramillo-Ramírez1, L Tirado-Mejía1 and H Ariza-Calderón1
1
Resumen. En los últimos años la simulación por computador ha ganado un espacio importante en el
ámbito científico, permitiendo realizar un puente entre el análisis teórico y el experimental,
principalmente en investigaciones con condiciones imposibles de establecer con la tecnología actual.
Las simulaciones por el método de Montecarlo, método estadístico para la solución de problemas a
partir de un modelo probabilístico artificial, son ampliamente usadas en el estudio de materiales,
describiendo comportamientos o ayudando a comprender fenómenos físicos debidos a características
estructurales, morfológicas y magnéticas, entre otras. Partiendo de esta premisa se propone un modelo
que describe la disolución orientada de la superficie de un material monocristalino (compuesto A)
mediante una solución líquida subsaturada, obteniéndose una superficie estructurada con nanoporos.
Se presenta una comparación de los resultados obtenidos en la disolución simulada con los resultados
experimentales obtenidos en el sistema de Epitaxia en Fase Líquida para sustratos de GaSb, señalando
las modificaciones necesarias del modelo para lograr un mejor ajuste al experimento. Adicionalmente
en este trabajo se plantea la simulación de la deposición de otro material (compuesto B) sobre la
superficie estructurada del sustrato emulando procesos físicos con parámetros variables presentes en la
dinámica de crecimiento epitaxial cuyos resultados podrán ser utilizados en el diseño del proceso
experimental.
Abstract. In recent years, computer simulation has played an important role on science, allowing to
make a bridge between theoretical and experimental analysis, mainly in researches where experimental
conditions are difficult to achieve. Simulations by the Monte Carlo method, statistical method for
solving problems from an artificial probabilistic model, are widely used in the study of materials,
describing behaviors or helping to understand physical phenomena due to materials characteristics:
structural, morphological and magnetics, between others. Using Montecarlo method we propose a
model that describes the preferential dissolution of the surface of a single crystal material (compound
A) through an undersaturated liquid solution, obtaining a structured surface with nanopores. We show
a comparisson of the results obtained in the dissolution simulation with the experimental results
obtained in a Liquid Phase Epitaxy system for GaSb substrates, indicating the necessary modifications
of the model to achieve a better adjustment to experiment. Additionally in this paper we proposed the
simulation of deposition of another material (compound B) on the structured substrate surface
emulating physical processes including variation in the dynamics of epitaxial growth. The obtained
results can be used in designing the experimental process for embedded microstructures growth.
Diagramas de fase de estado base para el modelo de ising de
espines mixtos 2 y 5/2
Ground state phase diagrams for the mixed ising 2 and 5/2 spin
model
N De-La-Espriella1, C Ortega1 and L Sánchez1
1
Departamento de Física, Grupo Avanzado de Materiales y Sistemas Complejos (Gamasco),
Universidad de Córdoba, Colombia
Resumen. We investigate the behavior of ground state phase diagrams of a mixed Ising spins model
on a bipartite square lattice of spins S = 2 and σ = 5/2. The proposed Hamiltonian includes coupling to
first and second neighbors, and crystal field interactions between sublattices. In the phase diagrams,
according to the combination of the parameters in the Hamiltonian, multiphase points, disordered
regions, and various structures are presented. Phase diagrams of the ground state are useful to check
the reliability of the numerical results for the phase diagrams at finite temperature and allow exploring
regions where important magnetic behaviors could arise.
Abstract. Investigamos el comportamiento de diagramas de fase de estado base de un modelo de Ising
de espines mixtos sobre una red cuadrada bipartita de espines S = 2 y σ = 5/2. El Hamiltoniano
propuesto incluye acoplamiento a primeros y segundos vecinos e interacciones de campo cristalinos
entre las subredes. En los diagramas de fase, de acuerdo a la combinación de los parámetros en el
Hamiltoniano, se presentan puntos multifásicos, regiones desordenadas y diversas estructuras. Los
diagramas de fase de estado base son útiles para chequear la confiabilidad de los resultados numéricos
de los diagramas de fase a temperatura finita y permiten explorar regiones donde podrían surgir
importantes comportamientos magnéticos.
Efectos de un campo magnético externo sobre un ferrimagneto de
ising de espines mixtos 3/2 y 5/2: un estudio monte carlo
Effects of an external magnetic field on a mixed spin-3/2 and spin5/2 Ising ferrimagnet: a Monte Carlo study
N De-La-Espriella1, C Mercado 1 and L Sánchez1
1
aDepartamento de Física, Grupo Avanzado de Materiales y Sistemas Complejos (Gamasco),
Universidad de Córdoba, Colombia
Resumen. The magnetic properties of a ferrimagnetic mixed spin-3/2 and spin-5/2 Ising model with
two crystal fields, in a longitudinal magnetic field, are studied by Monte Carlo simulations. The role of
the different interactions in the Hamiltonian is explored. We investigate the thermal variations of the
total magnetization and present phase diagrams. Depending on the region of the parameter space, we
find some interesting phenomena such as compensation temperatures, and first order phase transitions.
Our results for this model differ from earlier results obtained with mean field theories.
Abstract. Se estudian mediante simulaciones Monte Carlo, las propiedades magnéticas de un modelo
de Ising ferrimagnético de espines mixtos 3/2 y 5/2, con dos campos cristalinos en un campo
magnético longitudinal. Se explora el papel de las diferentes interacciones en el Hamiltoniano.
Investigamos las variaciones térmicas de la magnetización total y presentamos los diagramas de fase.
Dependiendo la región de los espacios de parámetros, hallamos algunos fenómenos interesantes, tales
como temperaturas de compensación y transiciones de fase de primer orden. Nuestros resultados para
este modelo difieren de resultados anteriores obtenidos con teorías de campo medio.
Evolución de los lóbulos de Mott con el parámetro de interacción
de intercambio de espín de bosones con espín 1 en una red óptica
Mott lobes evolution with the spinexchange interaction parameter
of Spin1 Bosons in an optical lattice
A F Hincapie1, R Franco1 and J Silva-Valencia1
1
Resumen. El reciente progreso en arreglos experimentales ha abierto la puerta para nuevas ideas en
física. Por ejemplo, las redes ópticas usadas como simuladores de experimentos de la materia
condensada. Recientemente por medio de trampas ópticas, se han confinado átomos alcalinos como el
87Rb o el 23Na en redes ópticas sin congelar su componente de espín. El Hamiltoniano efectivo que
describe estos sistemas es el propuesto en el modelo de BoseHubbard con espín1. Este Hamiltoniano
muestra una transición de fase cuántica de un estado super fluido a un estado aislante de Mott. Esta
transición de fase ha sido estudiada para el caso sin espín [PRB 40, 546(1998), PRL 81, 3102(1998)], y
para el caso con espín se ha usado el grupo de renormalización de la matriz densidad (DMRG) [PRL
95, 240404(2005)] y simulaciones con montecarlo cuántico (QMC) [PRL 102, 140402(2009)].
Nosotros estudiamos bosones con espín sobre una red óptica unidimensional. Consideramos
interaccion ferromagnética (U2<0) y antiferromagnética (U2>0). Usando el DMRG determinamos el
diagrama de fase para los dos primeros lóbulos, reportamos la evolucion del primer y segundo lóblulo
en relación con el parámetro de interacción de intercambio de espín. Obtuvimos que el primer lóbulo
se suprime a medida que la |U2| disminuye, y el segundo lóbulo crece a medida que aumenta |U2|.
Encontramos una expresión análitica de la evolución del punto critic respecto a U2 para ambos casos.
Abstract. Recent progress in experimental setups has opened the door to new ideas in physics. For
instance, the optical lattices used as quantum simulators for experiments in condensate matter.
Recently by purely optical traps alkalimetal atoms like 87Rb or 23Na has been confined in optical
lattices without freezing the spin componet. The effective Hamiltonian to describe this systems is the
Spin1 BoseHubbard model. This Hamiltonian shows a quantum phase transition from a superfluid
state to a Mott insulator state. This phase transition has been studied [PRB 40, 546(1998), PRL 81,
3102(1998)] for the spinless case, and for the spin case using the density matrix renormalization group
(DMRG) [PRL 95, 240404(2005)] and using quantum Monte Carlo (QMC) [PRL 102, 140402(2009)].
We study the Spin1 Bosons loaded on an onedimensional optical lattice, we consider a ferromagnetic
(U2<0) and antiferromagnetic (U2>0) interaction, We use the DMRG to determine the phase diagram
for the two firsts lobes we report the evolution of the first and second Mott lobe respect to spin
exchange interaction parameter, we obtain that the first is suppressed as |U2| increases, and the second
grows as |U2| increases. We find an expresion that describes the critical point evolution respect to U2
for both cases.
Algoritmo PIC electrostático bidimensional para el estudio del
plasma producido por láser en el vacío
2D electrostatic PIC algorithm for studying laser-induced plasma
in vacuum
C A Álvarez1, F Correa1 and H Riascos1
1
Grupo Plasma, Láser y Aplicaciones, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia
Resumen. El método Particle-In-Cell (PIC) es ampliamente usado para simular modelos cinéticos del
plasma. Se implementa un algoritmo PIC electrostático bidimensional para simular la expansión de
una pluma de plasma producida por láser. Para calcular el potencial y el campo eléctrico se usan
condiciones de frontera Dirichlet y periódicas para las direcciones X (perpendicular al sólido
ablacionado) e Y, respectivamente. La solución de la ecuación de Poisson emplea la librería FFTW3 y
el Laplaciano de cinco puntos para calcular el potencial eléctrico. El cálculo del campo eléctrico se
lleva a cabo usando el método de diferencias finitas centradas. Mediante un esquema Leap-Frog se
calculan las posiciones y velocidades de las partículas en cada iteración. Se divide el análisis de la
expansión de la pluma en dos etapas, la de Emisión y de post-emisión. En la fase de emisión (mientras
el láser está encendido), se observa una rápida expansión de los electrones mientras los iones
permanecen cerca a la superficie del material ablacionado. En la etapa de post-emisión (con el láser
apagado), la separación de carga produce un campo eléctrico que acelera los iones dando lugar a la
formación de un Frente Iónico con energías del orden de los KeV por partícula. Al final de la
expansión, los electrones más rápidos escapan del espacio de simulación y se observa una distribución
casi homogénea de iones y electrones, disminuyendo la magnitud del campo eléctrico y las
interacciones coulombianas.
Abstract. Particle-In-Cell (PIC) method is widely used for simulating plasma kinetic models. A 2DPIC electrostatic algorithm is implemented for simulating the expansion of a laser-induced plasma
plume. For potential and Electric Field calculation, Dirichlet and periodic boundary conditions are
used in the X (perpendicular to the ablated material) and Y directions, respectively. Poisson-solver
employs FFTW3 library and the five-point Laplacian to compute the electric potential. Electric field
calculation is made by central finite differences method. Leap-frog scheme updates particle positions
and velocities at each iteration. Plume expansion analysis is split into the Emission and Post-Emission
stages. In the Emission phase (while the laser is turned on), fast electron expansion is observed and ion
particles remain near the surface of the ablated material. In the post-emission stage (with the laser
turned off) the charge separation produces an electric field that accelerates the ions leading to the
formation of a KeV per particle Ion-Front. At the end of the expansion, fastest electrons escape from
the simulation space; an almost homogeneous ion-electron distribution is observed, decreasing the
electric field value and the Coulomb interactions.
Propiedades estructurales y electronicas del V5 Z3 (Z = Si, C y Ge)
Structural and electronic properties of V5 Z3 (Z = Si, C and Ge)
M J Espitia-Rico1, J H Díaz-Forero1 and E F Cudris 1
1
Resumen. Los siliciuros de metales de transición presentan una alta estabilidad química en ambientes
corrosivos, alta resistencia a la compresión y una alta resistencia a temperaturas elevadas. Esto los hace
adecuados para el recubrimiento de las herramientas de corte y desarrollo de circuitos integrados que
operan a altas temperaturas. En particular los siliciuros de vanadio se ha estudiado ampliamente
experimentalmente e investigado utilizando primeros principios basados en la teoría funcional de la
densidad (DFT). El Vanadio y el silicio forman varios compuestos binarios; las estructuras más
caracterizadas tienen las composiciones V: Si = 3: 1, 5: 3, 6: 5 y 1: 2, y la estructura más estable es la
V5Si3. Debido a las características comunes de los elementos del grupo IVA, se estudia la estabilidad
de fase, propiedades electrónicas, elásticas y termodinámicas de V5 Z3,con Z = Si, C y Ge. El análisis
realizado basado en la teoría de funcional de la densidad (DFT). Se obtiene la energía en función del
volumen, el enrejado parámetro, el módulo de compresibilidad, la entalpía de formación, la estructura
de bandas.
Abstract. The transition metal silicide exhibit high chemical stability in corrosive environments, high
resistance to compression and high strength at elevated temperatures. This makes them suitable for
coating the cutting tools and development of integrated circuits that operate at high temperatures. In
particular the vanadium silicides has been extensively studied experimentally and investigated by
using ﬁrst principles calculations based on the density functional theory (DFT). Vanadium and silicon
form several binary compounds; the most well characterized structures have the compositions V:Si =
3:1, 5:3, 6:5 and 1:2, and the most stable structure is the V5Si3. Due to common features of elements
of group IVA, we study the phase stability, electronic, elastic and thermodynamic properties of V5 Z3,
with Z = Si, C and Ge. The analysis performed based on the theory of density functional (DFT). Is
obtained the energy versus volume, the lattice parameter, the bulk modulus, the formation enthalpy,
the band structure and density of states for each structure.
Generalización de las ecuaciones de conducción iónica
Generalization of ionic conduction equations
A Palchucán1 and H Correa1
1
Universidad del Quindío, Armenia, Colombia
Resumen. Los conductores iónicos sólidos se pueden dividir en dos categorías 1) conductores iónicos
solidos cristalinos y 2) electrolitos solidos poliméricos, además de estos materiales, estudios reciente
muestran que existe una nueva categoría: 3) los compositos formados por electrolitos sólidos
cristalinos dopados con un material bloqueante (grafito o alúmina). Cuando se realizan ajustes de
conductividad iónica como función la temperatura, para 1), 2) y 3) existen ecuaciones
fenomenológicas o modelos que dan información de los portadores de carga dentro de estos materiales.
Los modelos para 1) y 2) son estudiados ampliamente en la literatura, mientras que el modelo para 3)
solo se tiene una hipótesis. Estos modelos son: el Modelo Arrhenius, el modelo VTF y c) el modelo
Rodríguez-Buchelli. En el presente aunque se conoce que la conductividad iónica es un proceso que es
activado térmicamente, no se tiene una ecuación explicita que generalice las ecuaciones anteriormente
mencionadas, se propone entonces una ecuación fenomenológica generalizada que integrar los tres
modelos anteriores mencionados en uno solo. Además esta nueva ecuación fenomenológica hace
algunas correcciones en el modelo de Rodríguez-Buchelli y mejora los ajustes de los datos
experimentales.
Abstract. Solid ionic conductors can be divided into two categories 1) crystalline solid ionic
conductors and 2) solid polymer electrolytes, in addition to these materials, recent studies show that
there is a new category 3) the composites formed by crystaline solid ionic conductors doped material
blocker (graphite or alumina). When is plotting ionic conductivity as a function of temperature, for 1),
2) and 3) are phenomenological equations which give information about charge carriers within these
materials. Models 1) and 2) are widely studied in the literature, while the model for 3) has only a
hypothesis. These models are the Arrhenius's model, the model VTF c) Rodriguez-Buchelli's model.
Nowadays although it is known that the ionic conductivity is a process which is thermally activated,
you do not have an equation explicitly that generalizes the above equations, in this work is proposed a
generalized phenomenological equation that integrate the three previous models mentioned in one.
Furthermore, this new phenomenological equation makes corrections to the model Rodríguez-Buchelli
and improves settings experimental data.
Control del enredamiento átomo-átomo mediante el efecto stark
dinámico
Control of atom-atom entanglement by the dynamic stark effect
O Calderón1 and K M Fonseca-Romero2
1
Laboratorio de Óptica Cuántica, Universidad de los Andes, Bogotá D.C., Colombia
2
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Demostramos que usando el corrimiento Stark se puede aumentar el enredamiento átomoátomo producido por el paso sucesivo de dos átomos de Rydberg de tres niveles a través de una
cavidad monomodo sin pérdidas. Suponemos que los átomos se preparan en su estado excitado y que
interaccionan con el campo durante el mismo intervalo de tiempo. Empleando una teoría de
perturbaciones motivada por argumentos físicos, obtenemos un Hamiltoniano efectivo de dos niveles,
cuya validez se establece mediante el cálculo de una fidelidad del modelo. Mostramos que, dentro de
los límites de validez de la aproximación, se puede controlar el enredamiento atómico cambiando la
frecuencia del campo de la cavidad. El máximo valor de enredamiento que se puede obtener es tal que
el valor de la concurrencia al cuadrado es de 4/27.
Abstract. We demonstrate that the atom-atom entanglement produced by the successive passage of
two three-level Rydberg atoms across a single-mode lossless cavity can be enhanced using the Stark
shift. The atoms are assumed to be prepared in their excited states and to interact with the field during
the same amount of time. Employing a physically motivated perturbation-theory approach, we obtain
an effective two-level Hamiltonian, whose validity is assessed by using a measure of model fidelity.
We show that, within the limits of validity of the approximation, atomic entanglement can be
controlled by changing the frequency of the cavity field, and can be enhanced up to a maximum where
the squared concurrence attains the value 4/27.
Del tunelamiento secuencial al tunelamiento correlacionado de dos
bosones
From sequential to correlated tunneling of two bosons
R G Avella1, R R Rey-González1 and K M Fonseca-Romero1
1
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Se estudia la transición del tunelamiento secuencial al tunelamiento correlacionado de un
par de bosones idénticos confinados en un doble pozo simétrico, usando un formalismo variacional
dependiente del tiempo. Al aumentar la magnitud de la interacción de corto alcance entre los dos
bosones encontramos que la probabilidad de encontrar los dos bosones en el mismo lado del potencial
presenta tres regímenes. Inicialmente se presenta una región de batimientos, luego una región de
cuasiperiodicidad con puntos de periodicidad, y finalmente una región de periodicidad. Al examinar la
probabilidad de tener un bosón a cada uno de los lados de la barrera, vemos que al aumentar la
interacción entre los bosones se pasa de un régimen en que los bosones pasan uno después del otro, a
un régimen en que los bosones tunelan simultáneamente.
Abstract. The sequential to correlated tunneling transition of two identical bosons confined in a
symmetrical double well potential is studied using a time dependent variational formalism. Increasing
the strength of the short range boson-boson interaction, the probability of finding both bosons in the
same well allow to identify three regimes. Initially, this probability display beatings, then it becomes
quase periodical with points of periodicity; finally, this probability changes periodically. Based on the
dynamics of the probability of finding one boson on each well, we find that as the boson-boson
interaction increases, tunnelling changes from a regime where one boson tunnels after the other to a
regime in which they tunnel together.
Análisis morfológico de aceros al carbono mediante geometría
fractal
Morphological analysis of carbon steels using fractal geometry
D A Prada1, C P González1, P E Vera1 and M A Álvarez2
1
Grupo de Investigación en Materiales (GIM), Departamento de Ciencias Básicas,
Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga, Colombia
2
Escuela de Matemáticas, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. En el presente trabajo se presentan los resultados prelimintares del analisis morfologico de
la aleación Fe0.59Mn36.5Al3.9C0.24Cu0.39 % Wt. Dicha aleación fue preparada por aleamiento
mecánico con varios tiempos de molienda, luego compactada en caliente a varias presiones y
finalmente se sometieron a un proceso de sinterización. Las muestras fueron caracterizadas
estructuralmente, mediante técnicas experimentales tales como: difracción de rayos x y microscopia
electrónica de barrido. Cada micrográfica se analizó mediante dimensión fractal utilizando el método
de Box Counting en 2D; este tipo de herramienta permite asignar un valor numérico a la región a la
cual se le ha aplicado la técnica. Dicho valor numérico es asociado a las propiedades obtenidas
mediante las tecnicas experimentales tales como microdureza.
Abstract. In this paper we present the preliminary results of morphological analysis of
Fe0.59Mn36.5Al3.9C0.24Cu0.39 % Wt alloy. This alloy was prepared by mechanical alloying with
various milling times, then hot compacted at various pressures and finally underwent presented a
sintering process. The samples were characterized structurally by experimental techniques such as: Xray diffraction and scanning electron microscopy. Each micrograph was analyzed by fractal dimension
using the Box Counting method in 2D; this type of tool allows you to assign a numerical value to the
region which has been applied the technic. This numerical value is associated with the properties
obtained by experimental techniques such as microhardness.
Simulación computacional de una nueva fuente compacta
autoresonante de rayos x basada en el modo rectangular TE102
Computational simulation of a novel compact autoresonant x ray
source based on TE102 rectangular mode
A M Herrera1,2, E A Orozco2 and V D Dugar-Zhabon2
1
Heidelberg University, Heidelberg, Germany
2
Resumen. La interacción ciclotrónica autoresonante espacial de un haz de electrones con microondas
del modo rectangular TE102 es simulada computacionalmente por primera vez. Se muestra que en
estas condiciones los electrones del haz pueden alcanzar energías que son suficientes, por ejemplo,
para generar rayos X duros. El modelo físico consiste en una cavidad rectangular alimentada por un
magnetrón a través de una guía de ondas con un aislante de ferrita, una ventana de iris y un sistema de
bobinas de corriente continua que induce un campo magnético axialmente simétrico. El perfil del
campo magnético 3D es tal que mantiene el haz de electrones en el régimen de autoresonancia
ciclotrónica a lo largo de toda la trayectoria del haz. Para simular la dinámica del haz se desarrolló un
código electromagnético partícula en celda autoconsistente 3D. Se muestra que un haz de electrones de
1 A inyectado con una energía de 12 keV se acelera hasta alcanzar la de energía de 250 keV en una
distancia del orden de 20 cm por un campo de microondas de 2,45 GHz una amplitud de 14 kV/cm.
Abstract. The space cyclotron autoresonance interaction of an electron beam with microwaves of
TE102 rectangular mode is simulated for the first time. It is shown that in these conditions the beam
electrons can achieve energies which are sufficient, for example, to generate hard xrays. The physical
model consists of a rectangular cavity fed by a magnetron oscillator through a waveguide with a ferrite
isolator, an iris window and a system of dc current coils, to induce an axially symmetric magnetic
field. The 3D magnetic field profile is that which maintains the electron beam in the space
autoresonance regime. To simulate the beam dynamics, a 3D full selfconsistent electromagnetic
particleincell code is developed. It is shown that the injected 12 keV electron beam of 1 A current is
accelerated to energy of 250 keV at a distance of an order of 20 cm by 2.45 GHz standing microwave
field with amplitude of 14 kV/cm.
Simulación electromagnética en 3D de un rayo de electrones
acelerados en autoresonancia espacial
3D Electromagnetic simulation
acceleration of electron beams
of
space
autoresonance
V D Dugar-Zhabon1, J D González2 and E A Orozco1
1
2
Facultad de Ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia
Resumen. Se presentan los resultados de un total de simulaciones electromagnéticas de la aceleración
de haces de electrones por un campo electromagnético lineal TE112 polarizado a través del mecanismo
aceleración de autoresonancia espacial (SARA). En las simulaciones, tanto el campo eléctrico autoconsistente y el campo magnético auto-consistente producida por el haz de electrones se incluyen en el
código 3D Particle-en-Cell (PIC). En este sistema de aceleración, el perfil del espacio del campo
magnetostático mantiene los haces de electrones en el régimen SARA lo largo de sus trayectorias. La
evolución de la densidad de corriente del haz se calcula aplicando el método de conservación de la
carga. El campo magnético total en las posiciones superpartícula PIC se encuentra mediante el empleo
de la interpolación trilineal de los datos del nodo de la malla. La ecuación de Newton-Lorentz
relativista presentado en forma de diferencias finitas centrado se soluciona utilizando el algoritmo de
Boris que proporciona la visualización del camino de electrones del haz y la evolución de la energía.
El artículo hace una comparación entre los datos obtenidos de las simulaciones electromagnéticas
completas y los resultados derivados de la ecuación de movimiento se representan en una
aproximación electrostática. Se ha encontrado que el campo magnético auto-consistente es un factor
que mejora las condiciones de fase de resonancia y reduce la energía del haz propagación.
Abstract. The results of a full electromagnetic simulations of the electron beam acceleration by a
TE112 linear polarized electromagnetic field through space autoresonance acceleration (SARA)
mechanism are presented. In the simulations, both the self-sustaned electric field and self-sustained
magnetic field produced by the beam electrons are included into the elaborated 3D Particle-in-Cell
(PIC) code. In this acceleration system, the space profile of the magnetostatic field maintains the
electron beams in the SARA regime along their trajectories. The beam current density evolution is
calculated applying the charge conservation method. The full magnetic field in the PIC superparticle
positions is found by employing the trilinear interpolation of the mesh node data. The relativistic
Newton-Lorentz equation presented in the centered finite difference form is solved using the Boris
algorithm that provides visualization of the beam electrons pathway and energy evolution. The article
makes a comparison between the data obtained from the full electromagnetic simulations and the
results derived from the motion equation depicted in an electrostatic approximation. It is found that the
self-sustained magnetic field is a factor which improves the resonance phase conditions and reduces
the beam energy spread.
Superconductores de dos bandas: desarrollo teórico de las
ecuaciones TDGL
Two-band superconductors: theoretical development of TDGL
equations
J D González1, J E González2 and J Barba-Ortega2
1
2
3
Resumen. Obtenemos el formalismo extendido de la teoría de Ginzburg-Landau (GL) para un
superconductor de dos bandas utilizando una expansión sistemática del funcional de la energía-libre en
potencias alrededor de una pequeña desviación de la temperatura crítica. Las dos órdenes más bajos de
esta expansión producen la ecuación para Tc y la teoría GL estándar. En estudios anteriores se muestra
que el modelo GL de una sola banda no se puede utilizar para describir la diferencia en los perfiles
espaciales de los condensados de dos bandas, pero la teoría GL estándar es extendida en este trabajo
para obtener un formalismo GL en el que es posible describirlo. El funcional obtenido de un
superconductor de dos brechas contiene el término de interacción entre los dos condensados de
superconductores. Esta propiedad permite un análisis de las diversas propiedades magnéticas de un
superconductor de dos brechas.
Abstract. We derive the extended Ginzburg-Landau (GL) formalism for two-band superconductor
using a systematic expansion of the free-energy functional in powers of the small deviation from the
critical temperature. The two lowest orders of this expansion produce the equation for Tc and the
standard GL theory. In previous studies it is shown that the single-band GL model can not be used to
describe the difference in the spatial profiles of the two-band condensates, but the standard GL theory
is extended in this work to obtain a GL formalism in which is possible to describe it. The obtained
functional of a two-gap superconductor contains the interaction term between the two superconducting
condensates. This property allows a analysis of various magnetic properties of a two-gap
superconductor.
Análisis numérico de la configuración de vórtices en el estado flux
flow
Numerical analysis of the vortex structure in the flux flow state
J D González1, R Beltrán1 and J Barba-Ortega2
1
2
Resumen. Consideramos placa mesoscópica hecha de material superconductor tipo II, que se sumerge
en un medio aislante. Para poder calcular la dinámica del condensado superconductor en
superconductores muestra bajo conmutación brusca de la corriente dc, resolvimos el formalismo
Ginzburg-Landau (GL) para la descripción del sistema superconductor. Así, en este trabajo se presenta
una secuencia para el desarrollo de esta teoría fenomenológica de los superconductores. El tiempo de
respuesta del condensado superconductor a la corriente aplicada se analiza como una función de la
temperatura, la corriente aplicada, y el tamaño de la muestra.
Abstract. We consider mesoscopic superconducting slab made of type-II material, which are
immersed in an insulating media. To be able to calculate the dynamics of the superconducting
condensate in superconducting sample under abrupt switching on of dc current, we solved the
Ginzburg-Landau (GL) formalism for the description of the superconducting system. Thus, in this
work we present a sequence for the development of this phenomenological theory for superconductors.
The response time of the superconducting condensate to the applied current is analysed as a function of
temperature, the applied current, and the sample size.
Experimentación virtual en electromagnetismo, mecánica y óptica:
aprendizaje basado en la web
Virtual experimentation in electromagnetism, mechanics and
optics: web-based learning
J H Escobar1, H Sánchez1 and J D González1
1
Resumen. Este trabajo presenta un desarrollo computacional para ser utilizado en la enseñanza de la
ciencia como una herramienta para los estudiantes, así como para el profesor en el aula. Durante el
proceso de aplicación de los laboratorios virtuales de electromagnetismo, mecánica y óptica de los
estudiantes habían mostrado una creciente capacidad para aprender estos temas específicos de física
utilizando un entorno de aprendizaje basado en la Web. En este trabajo los laboratorios virtuales
nuevos se describen en su estructura, así como su arquitectura.
Abstract. This paper presents a computational development to be used in the teaching of science as a
tool for the students as well as to the teacher in the classroom. During the process of application of
virtual laboratories of electromagnetism, mechanics and optics the students had shown a increasing
ability to learn this specifics physics topics using a Web-based learning environment. In this work the
novel virtual laboratories are described in its structure as well as its architecture.
Tunelamiento del electrón resonante de un donador asistido en
una heteroestructura de doble barrera bajo campos magnéticos
inclinados: un estudio teórico
Donor-assisted resonant electron tunneling in double-barrier
hetero-structures under tilted magnetic fields: A theoretical study
H Paredes1, C L Beltrán-Ríos1 and J C Arce2
1
1
Departamento de Química, Universidad del Valle, Cali, Colombia
Resumen. Un estudio teórico de las curvas características de corriente-voltaje de un heteroestructura
de doble barrera dopada con una capa de donadores poca profunda en el centro del pozo y se somete a
un campo magnético inclinado con respecto a la dirección de crecimiento. Los materiales se supone
que poseen redes cúbicas simples, la estructura electrónica del sistema se modela por medio de un
hamiltoniano de enlace fuerte de una sola banda, y la corriente se evalúa empleando el formalismo de
no equilibrio Keldysh fuera del equilibrio. Los resultados revelan la magnetocompression de la función
de onda de los donantes, en buen acuerdo cualitativo con el informe experimental de Patané et al.
[Phys. Rev. Lett. 105, 236 804 (2010)].
Abstract. A theoretical study of the current-voltage characteristics of a double-barrier hetero-structure
doped with a layer of shallow donors in the middle of the well and subjected to a magnetic field tilted
with respect to the growth direction is reported. The parent materials are assumed to possess simple
cubic lattices, the electronic structure of the system is modelled by means of a one-band tight-binding
Hamiltonian, and the current is evaluated employing the Keldysh none-equilibrium formalism. The
results reveal the magneto compression of the donor wave function, in good qualitative agreement with
the experimental report of Patané et al. [Phys. Rev. Lett. 105, 236804 (2010)].
Efecto de un rayo láser de alta intensidad en la energía de enlace
de una impureza en un nanocone
Effect of a high intensity laser beam on impurity binding energy in
a nanocone
H Paredes1, C L Beltrán-Ríos1 and W Gutiérrez1
1
Resumen. Se presentan los resultados teóricos obtenidos mediante el estudio del efecto de un láser de
alta frecuencia en la energía de enlace del estado fundamental de una impureza hidrogenoides situado
en el eje de un nanocable de GaAs con forma de nanocone. Los resultados se obtuvieron utilizando el
método de barrido trigonométrico y el método variacional en el marco de aproximación de la masa
efectiva. La energía de enlace se determina en función de la posición de la impureza a lo largo del eje
del alambre y la intensidad del campo láser. Los resultados están de acuerdo con los resultados previos
obtenidos en sistemas similares.
Abstract. We report the theoretical results obtained by studying the effect of an intense high frequency
laser on the ground-state binding energy of a hydrogenic impurity located on the axis of a GaAs
nanowire with nanocone shape. The results were obtained using the trigonometric sweep method and
variational scheme in the effective mass approximation framework. The binding energy is determined
according to the position of the impurity along the axis of the wire and the intensity of the laser field.
The results agree with previous results obtained in similar systems.
La densidad de corriente y de estado en nanoestructuras
semiconductoras con impurezas magnéticas diluidas
Current density and state
semiconductor nanostructures
density
in
diluted
magnetic
S T Pérez-Merchancano1, H Paredes-Gutiérrez2 and J A Zuñiga1
1
Departamento de Física, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia
2
Resumen. Se estudia en este trabajo las componentes de la densidad de corriente de espín polarizado
en diodos de túnel semiconductores magnéticos diluidos con diferentes geometrías de muestra.
Calculamos J x V resonante y la densidad de estados. Las curvas de conductancia diferencial se
analizan en función del voltaje aplicada y la intensidad del potencial magnético inducido por los iones
magnéticos.
Abstract. We study in this paper the spin-polarized current density components in diluted magnetic
semiconductor tunnelling diodes with different sample geometries. We calculate the resonant J x V and
the density of states. The differential conductance curves are analyzed as functions of the applied
voltage and the magnetic potential strength induced by the magnetic ions.
Evaluación No Destructiva - NDE
Non Destructive Evaluation – NDE
Seguimiento de objetos usando un arreglo periódico de volumen:
evaluación numérica
Objects traking using a peirodic array of volume: numerical
evaluation
J A Sanchez-Daza1, M L Molina-Prado1 and N A Arias-Hernández1
1
Grupo de Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona,
Pamplona, Colombia
Resumen. En este trabajo se presenta un método para el seguimiento de objetos 3D utilizando la
sensibilidad de fase de su transformada de Fourier para determinar la posición, el desplazamiento y la
orientación de un objeto en movimiento. La orientación y la posición en 3D del objeto se calculan a
partir del sistema de formación de imágenes 3D con precisión subvoxel. Un patrón de referencia debe
fijarse sobre la superficie del objeto y debe ser registrado por el sistema de imágenes 3D. Este método
se basa en un conocimiento a priori de la asociación entre la fase del patrón de referencia y el
desplazamiento del objeto, propiedad inherente de la Transformada de Fourier. El patrón de referencia
está constituido por una distribución regular de intensidad que se puede representar matemáticamente
por tres patrones de franjas ortogonales de volumen cuyo espectro 3D permite generar una distribución
3D de fase continua y absoluta para cada tira de patrón ortogonal. Un valor máximo local de intensidad
en el patrón de referencia representa un valor de fase 2πN, donde N corresponde a la franja donde se
encuentra el valor deseado. La reconstrucción de la fase absoluta asociado con cada conjunto de
franjas de volumen en cada dirección ortogonal permite obtener un punto exacto del patrón, lo que
conduce a la determinación de la posición de la ubicación del objeto con precisión subvoxel. Los
desplazamientos se calculan a partir de dos posiciones consecutivas. Este trabajo evalúa
numéricamente la precisión del este método, sobre parámetros tales como el muestreo, el número de
agujeros, el ruido y el contraste. También el método se evalúa en su eficacia en la medición de la
orientación.
Abstract. In this work a method for tracking 3D objects using sensitivity phase of its Fourier
transform to determine the position, displacement and orientation of a moving object is presented. The
orientation and 3D position of the object are calculated from the training system of 3D images with
subvoxel accuracy. A reference pattern should be fixed on the surface of the object and should be
registered by the system of 3D images. This method is based on a priori knowledge of the association
between the phase of the reference pattern and object motion, inherent property of the Fourier
Transform. The reference pattern consists of a regular intensity distribution can be represented
mathematically by three fringes orthogonal patterns whose 3D volume to generate a 3D spectrum
distribution continued absolute phase for each strip pattern orthogonal. A local maximum intensity
value in the reference pattern represents a phase value 2πN where N corresponds to the range where
the desired value is. Reconstruction of the absolute phase associated with each set of fringes in each
direction orthogonal volume allows for an exact point of the pattern, leading to the determination of
the position of the object's location with subvoxel accuracy. The displacements are calculated from two
consecutive positions. This work numerically evaluates the accuracy of this method on parameters
such as sampling, the number of dark holes, noise and contrast. Also the method is evaluated to be
effective in measuring the orientation.
Estimación del diámetro de defectos superficiales sobre una
muestra patrón de plexiglás empleando la técnica de termografía
activa infrarroja
Estimate of the diameter of surface defects on a pattern specimen
made of plexiglas through active infrared thermography
M H Medina-Barreto1, J M Giraldo1, A L Ramírez-Hurtado1, L LLamosa2 and B Cruz1
1
Grupo de Investigación en Propiedades Magnéticas y Magnetoópticas de Nuevos
Materiales, Departamento de Física, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia
2
Grupo de Investigación de Electrofisiología, Departamento de Física, Universidad
Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia
Resumen. En los últimos años el uso de la Termografía Infrarroja (TIR) ha alcanzado una especial
importancia en el sector industrial como método de Evaluación No-destructivo (END), para la
inspección de defectos superficiales y en profundidad de diferentes tipos de materiales. En este trabajo
se diseñó y construyó una muestra patrón de Plexiglás (PMMA) a la cual se le hicieron defectos
circulares de diferentes diámetros y profundidades, con el fin de determinar el tamaño de tales defectos
mediante la implementación de la técnica de Termografía Activa Infrarroja. La muestra patrón fue
estimulada térmicamente haciendo incidir de manera continua radiación proveniente de una lámpara
halógena y posteriormente, se adquirieron imágenes termográficas cada 30 segundos en modo
transmisión y reflexión durante 5 minutos. Las imágenes fueron obtenidas empleando las cámaras
Fluke TI-30 y TI-32, y se diseñó un programa en Matlab para su posterior procesamiento. A través de
una interfaz de usuario, el programa permite visualizar la imagen, procesarla y suavizarla; para luego
escoger un defecto en particular y calcular el diámetro del mismo con su respectiva incertidumbre. Los
resultados mostraron que con una u otra cámara, las incertidumbres calculadas estaban por debajo de
los 0,05 cm independientemente del diámetro del defecto. Es importante destacar que las
incertidumbres crecieron considerablemente cuando la relación entre el diámetro de profundidad es 1:1
para profundidades del orden de los 0,4 cm.
Abstract. In recent years the use of Infrared Thermography (IRT) has reached a special importance in
the industrial sector as a method of Non-Destructive Testing (NDT), for inspection of surface and
subsurface defects of different types of materials. In order to determine the size of such defects by
implementing the technique of Infrared Active Thermography, a Plexiglas (PMMA) sample was
designed and built with circular defects of different diameters and depths. The sample was thermally
stimulated by a continuous radiation from a halogen lamp and subsequently thermographic images
were acquired every 30 seconds in transmission and reflection mode for 5 minutes. Images were
obtained using the Fluke TI-30 and TI-32 cameras, and a program was designed in Matlab for further
processing. Through a user interface, the program can display the image, process it and filter it; then it
chooses a particular defect and calculates the diameter with their respective uncertainties. The results
showed that with a camera or another, their estimated uncertainties were below the 0.05 cm diameter
regardless of the defect diameter. Importantly, uncertainties grew considerably when the relationship
between diameter depth is 1: 1 to depths of the order of 0.4 cm.
Nuevos Materiales - NM
New Material – NM
Síntesis y caracterización electroquímica de un músculo artificial
tricapa elaborado a partir de biopolímero conductor de almidón
de yuca (manihot esculenta, cranz) y Polipirrol (PPy)
Synthesis and characterization of a trilayer artificial muscle using
a conductive cassava starch biofilm (manihot esculenta, cranz) and
polypyrrole (PPy)
Y E Núñez1, A A Arrieta2 and S D Bertel1
1
Departamento de Ciencias Básicas, Fundación Universitaria los Libertadores, Colombia
2
Departamento de Biología y Química, Universidad de Sucre, Colombia
Resumen. El presente trabajo muestra la metodología empleada para la obtención de una biopelícula
conductora de almidón de yuca (manihot esculenta), dopada con perclorato de litio (LiClO4), así como
la técnica electroquímica para síntesis películas de polipirrol (PPy), que fueron empleados en la
elaboración de un músculo artificial tricapa PPy/Biopolímero/PPy diseñado para que funcione en aire.
Por otro lado, se presentan también las diferentes técnicas de caracterización empleadas sobre el
actuador tricapa, mediante voltametría cíclica, espectroscopía de impedancia, microscopía electrónica
de barrido, espectroscopía de infrarrojo, que han permitido estudiar las propiedades electroquímicas de
estos materiales y del dispositivo actuador (músculo artificial).
Abstract. In this study a methodology for obtaining a conductive cassava starch biofilm doped with
lithium perchlorate (LiClO4) is shown, as well as the electrochemical technique for the synthesis of
polypyrrole films, which are used for developing the trilayer artificial muscle PPy/Biopolymer/PPy
designed to operate in air. Furthermore, the different characterization techniques applied on the trilayer
actuator are shown, like cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, scanning
electron microscopy and infrared spectroscopy, which allow the study of electrochemical properties of
the materials and the actuator device (artificial muscle) itself.
Estudio cinemático de un músculo artificial tricapa elaborado a
partir de un biopolímero conductor de almidón de yuca (manihot
esculenta cranz)
Kinematic study of a trilayer artificial muscle based on a
conductive cassava starch biofilm (manihot esculenta)
Y E Núñez1, A A Arrieta 2 and J A Segura3
1
Departamento de Ciencias Básicas, Fundación Universitaria los Libertadores, Colombia
2
Departamento de Biología y Química, Universidad de Sucre, Colombia
3
CEN CliSAP, Hamburg University, Hamburg, Germany
Resumen. El Polipirrol (PPy) es uno de los polímeros conductores más representativos por sus
propiedades electroactivas, estabilidad y procesabilidad. Una de las particularidades más notorias de
este material es su capacidad de cambiar de volumen al oxidarse o reducirse, esta característica permite
elaborar dispositivos actuadores (músculos artificiales) capaces de contraerse y expandirse como
respuesta a estímulos eléctricos. Para este trabajo, se desarrolló un dispositivo actuador tricapa
(músculo) hecho con un biopolímero conductor de almidón de yuca (manihot esculenta) y polipirrol
(PPy/biopolímero/PPy) que funciona en aire, que permitió estudiar las relaciones entre desplazamiento,
velocidad y fuerza en función de la corriente suministrada.
Abstract. The Polypyrrole (PPy) is one of the most representative conducting polymers due to its
electroactivity, stability and processability. One of the most notable characteristics of this material is
its ability to change volume when oxidized or reduced, this feature allows to elaborate actuators
devices (artificial muscles) capable of contract and expand themselves in response to electrical
stimulation. In this study, a three-layer actuator device (muscle) based on a conductive cassava starch
biopolymer and polypyrrole (PPy/biopolymer/PPy) operating in air, in which the relationship between
displacement, velocity developed and force according to the current supplied were studied.
Estudio en primeros principios de las propiedades estructurales,
electrónicas y magnéticas del magnesio
First principles study of structural, electronic and magnetic
properties of magnesium
G P Abdel-Rahim1 J A Rodriguez2 and M G Moreno-Armenta3
1
Universidad Antonio Nariño (UAN), Colombia
2
Universidad Nacional de Colombia (UN), Colombia
3
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Mexico
Resumen. Hemos estudiado las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas del magnesio
(Mg), en una supercelda (1X1X4), en cinco estructuras cristalinas: cloruro de sodio (NaCl), cloruro de
cesio (CsCl), zinc-blenda (ZnS), wurtzita (WZ), y arseniuro de níquel (NiAs), en una supercelda. Los
cálculos se basan en el método de ondas planas linealizado-potencial (FP-LAPW) con la aproximación
de gradiente generalizado (GGA) de Perdew, Burke, y Ernzerhof, en el marco de la teoría funcional de
la densidad (DFT). Se encontró que el estado base de cristalizacion es en la fase CsCl, aunque exite
una posible transicion de fase a la fase de NaCl. Además, encontramos que CsCl cambia de la
estructura de NaCl con una presion de transición de ~ 8,6 GPa. Los parámetros estructurales halladas
para la fase CsCl son: la constante de red a = 4,136 Å y el módulo de volumen B0 = 0,6194 Mbar. Para
Mg existe un mínimo local adicional en la estructura NaCl con energía total ~ 5,16 eV / unidad de
fórmula. En las curvas de energía en función del volumen, muestra que no hay transición de fase en las
estructuras CsCl a wurtzita, ZnS o NiAs.
Abstract. We have studied the structural, electronic and magnetic properties of magnesium (Mg), in a
supercell (1X1X4), in five crystalline structures: rock salt (NaCl), cesium chloride (CsCl), zinc-blende
(ZnS), wurtzite (WZ), and nickel arsenide (NiAs). Calculations were based on the full-potential
linearized plane wave method (FP-LAPW) with the generalized gradient approximation (GGA) of
Perdew, Burke, and Ernzerhof, in the framework of density functional theory (DFT). We found that the
ground state is CsCl-like, although it is possible that Mg may exist in the NaCl phase. Also, we found
that CsCl changes from the NaCl structure with a transition pressure at ~8.6 GPa. The structural
parameters found for the CsCl phase are the lattice constant a = 4.136 Å and the bulk modulus B0 = 0,
6194 Mbar. For Mg exists an additional local minimum in the structure NaCl with total energy ~5,16
eV/formula unit. In the energy curves as a function of volume, shows that there is not phase transition
the CsCl to wurtzite, ZnS or NiAs structures.
Síntesis y caracterización de óxidos, basados en el sistema LiMO2,
(M = Co, Mn), como potenciales materiales para componentes
catódicos en baterías de ión-litio
Synthesis and characterization of oxides, based on LiMO 2, (M =
Co, Mn) system, as potential materials for cathodic components in
ion-lithium batteries
A Y Neira-Guio1 and J A Gómez-Cuaspud1
1
Grupo Desarrollo y Aplicaciones de Nuevos Materiales (DANUM), Facultad de Ciencias,
Resumen. En este trabajo se describe la síntesis y caracterización de óxidos de litio basados en el
sistema LiMO2, (M = Co, Mn), con el fin de obtener materiales catódicos avanzados como potenciales
componentes en baterías de ión litio, mediante la implementación de una vía de química húmeda. La
ruta de síntesis utilizada, consistió en la polimerización y posterior combustión del material
metalorgánico precursor, que genera óxidos puros altamente homogéneos y del orden nanométrico que
posibilitan su empleo en una amplia gama de aplicaciones técnicas. Para este fin, las partículas
precursoras metalorgánicas se caracterizaron mediante las técnicas de FTIR, UV-VIS y TGA-DTA lo
cual permitió determinar la conformación de las especies intermedias tipo citrato que sirvieron de base
para la obtención de los respectivos sólidos policristalinos, así como la temperatura ideal de
consolidación de la fase cristalina buscada. El material calcinado, se caracterizó por difracción de
rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido y de transmisión (SEM-TEM), obteniendo
información sobre su composición, estructura cristalina y principales características morfológicas, lo
que permitió evaluar las variantes del método de síntesis utilizado, así como los mecanismos para la
obtención de solidos activos como potenciales materiales catódicos para baterías de ión litio.
Abstract. In this work we describe the synthesis and characterization of lithium oxides based on
LiMO2, (M = Co, Mn) system, with the purpose to obtain cathodic advanced materials as potential
components in Ion-Lithium batteries, by means a wet chemical way. The used synthesis route,
involved the polymerization and later combustion of the metal-organic precursor material, which
produces highly and nanometric homogeneous pure oxides that facilitate its use in a wide range of
technical applications. For this end, the metal-organic precursor particles were characterized by means
FTIR, UV-VIS and TGA-DTA analyses which allowed evaluating the conformation of the citrate
species and served as start point for the obtaining of the respective polycrystalline solids, as well as for
evaluation of best solid consolidation temperature. The calcined oxidic material was characterized by
X-ray diffraction (XRD) and electron microscopy (SEM-TEM) to obtain information on their
composition, crystalline structure and main morphological characteristics, what allowed evaluating the
alternatives of the used synthesis method, as well as the mechanisms for the obtention of active solids
as potential cathodic materials for ion-lithium batteries.
Estudio teórico de las propiedades estructurales, electrónicas y
termodinámicas de soluciones sólidas YN-ZrN
Theoretical study of the structural, electronic, and thermodynamic
properties of YN-ZrN solid solutions
L Ramírez-Montes1,2, W López-Pérez1, R González-Hernández1 and Á GonzálezGarcía1
1
Grupo de Investigación en Física Aplicada, Departamento de Física, Universidad del Norte,
2
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad de la Costa, Barranquilla, Colombia
Resumen. En el presente trabajo se determinan las propiedades estructurales, electrónicas, ópticas y
termodinámicas de las soluciones sólidas Zr xY1-xN.Estos cálculos se basan en la teoría funcional de la
densidad, utilizando el método de ondas planas aumentadas y linealizadas con potencial completo (FPLAPW) y la aproximación de gradiente generalizado (GGA) de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) para
el potencial de intercambio-correlación. Las propiedades del estado fundamental de los compuestos
binarios que conforman la solución sólida, YN y ZrN, son muy cercanos a los datos experimentales y
teóricos obtenidos en otros trabajos. Dado que los precursores binarios de la solución sólida YN y ZrN
cristalizan en la fase NaCl, realizamos cálculos para las aleaciones ternarias en esta fase. Además, la
composición atómica, la constante de red y el módulo de volumen muestran una dependencia no lineal
con la concentración. Por lo cual, se calculan las desviaciones de la constante de red y módulo de
volumen, partiendo de la ley de Vegard y la dependencia lineal de la concentración (LCD),
respectivamente. Hemos encontrado un carácter semiconductor para YN, mientras que el compuesto
ZrN es metálico. Nuestros resultados indican que las soluciones sólidas Zr xY1-xN son metálicos para x
= 0.25, 0.5, 0.75. Para estudiar la estabilidad termodinámica de las soluciones sólidas Zr xY1-xN, se
utilizó un modelo de solución regular. Las entalpías de mezcla positivas para las soluciones sólidas
ZrxY1-xN indican la existencia de brechas de miscibilidad y descomposiciones espinodal. El efecto de
la temperatura sobre el volumen, temperatura de Debye, y la capacidad calorifica para las soluciones
sólidas ZrxY1-xN se analizaron utilizando el modelo de Debye-cuasi armónico. Nuestros resultados
muestran que la capacidad calorifica es ligeramente sensible a la composición x a medida que aumenta
la temperatura.
Abstract. We present here the results of a study that employs density-functional theory to obtain the
structural parameters, the electronic structure, and thermodynamic properties of Zr xY1-xN solid
solutions. The ground state properties of binary compounds, including lattice constants and bulk
modulus, are in fairly good agreement with the available experimental and theoretical data. Given that
the binary precursor compounds YN and ZrN crystallize in rock-salt phase, we made calculations for
the ternary alloys in this phase. The effect of atomic composition on lattice constant, and bulk modulus
shows nonlinear dependence on concentration x. Deviations of the lattice constant from Vegard’s law
and deviations of the bulk modulus from linear concentration dependence (LCD) were found. We have
found a semiconductor character for YN, while the ZrN compound is metallic. Our findings indicate
that the ZrxY1-xN solid solutions are metallic for x = 0.25, 0.5, 0.75. To study the thermodynamic
stability of Zr xY1-xN alloys, a regular solution model was used. The positive mixing enthalpies for
ZrxY1-xN alloys indicate the existence of miscibility gaps and spinodal decompositions. The effect of
temperature on the volume, bulk modulus, Debye temperature, and the heat capacity for Zr xY1-xN
alloys were analyzed using the quasi-harmonic Debye model. Our results shows that the heat capacity
is slightly sensitive to composition x as temperature increases.
Síntesis y caracterización de la espinela LiNi xMn2-xO4 (x= 0.0, 0.5,
1.0, 1.5, 2.0) por el método de polimerización-combustión
Synthesis and characterization of LiNixMn2-xO4 (x=0.0, 0.5, 1.0,
1.5, 2.0) spinel by polymerization-combustion method
O C Vergara-Estupiñan1 and J A Gómez-Cuaspud1
1
Resumen. El presente trabajo, reporta la síntesis y caracterización de cinco (5) óxidos cerámicos tipo
espinela, basadas en el sistema LiNixMn2-xO4 con diferentes niveles de modificación del catión níquel
(x=0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0), con el objetivo de diseñar materiales catódicos avanzados para aplicaciones
en baterias de ión litio. El método de síntesis, se fundamenta en la polimerización-combustión de
nitratos metálicos, utilizando ácido cítrico como formador de complejos, los cuales evolucionan como
especies citrato, que en función del aumento de temperatura permiten consolidar las fases cristalinas
buscadas. Los precursores metalorgánicos de los materiales sintetizados se caracterizaron mediante
técnicas de FTIR, UV-VIS y TGA-DTA, los resultados evidencian que los materiales en su etapa
inicial se estabilizan como complejos de coordinación, los cuales posteriormente forman los óxidos
cerámicos que pueden obtenerse a temperaturas tan bajas como 400 °C con un buen control
estequiométrico. La caracterización de los sólidos calcinados se realizó mediante difracción de rayos X
(XRD), microscopía electrónica de barrido y transmisión (SEM-TEM), medidas de TPR-H2 y de
comportamiento eléctrico por espectroscopía de impedancias (IS), los resultados confirman la
obtención de materiales semiconductores homogéneos con una alta actividad debida a su conformación
nanométrica con potencial aplicación en baterias de ión litio.
Abstract. Present work, reports the synthesis and characterization of five (5) ceramic spinel oxides
based on the LiNixMn2-xO4 system with different levels of nickel modification (x = 0.0, 0.5, 1.0, 1.5,
2.0), with the aim of design advanced cathode materials for applications in lithium ion batteries. The
synthesis method was based on the polymerization-combustion of metal nitrates, using citric acid as
complexing agent, which evolve as citrate species, depending on the temperature increase until
consolidate the desired crystalline phases. The synthesized metal-organic precursors were
characterized by FTIR, UV-VIS and TGA-DTA techniques, results confirm that the materials in its
initial stage are stabilized as coordination complexes, which subsequently form the ceramic oxides,
which can be obtained at temperatures as low as 400 °C with good stoichiometric control. The
characterization of calcined solids was performed by X-ray diffraction (XRD), scanning and
transmission electron microscopy (SEM-TEM), TPR-H2 measurements and electrical impedance
spectroscopy (IS), the results confirm the obtention of a homogeneous semiconductor materials with
high activity due to their nanometric conformation with potential application in ion-lithium batteries.
El peróxido de calcio como una alternativa en la fotodegradación
de contaminante
Calcium peroxide as an alternative in the photodegradation of
contaminants
M R Joya1, J H Bautista-Ruiz2 and A M Raba2
1
2
Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia
Resumen. La oxidación química es uno de los muchos métodos de eliminación de contaminantes que
ha surgido recientemente, es un método alternativo a las técnicas tradicionales de eliminación de
contaminantes. De acuerdo con esta investigación el peróxido de calcio es una una buena opción para
la biodegradación de contaminantes en el suelo y el agua subterránea, pero ocurre a una velocidad muy
baja. Nosotros esperamos que el método de síntesis del peróxido de calcio de tamaño nano aumente la
relación de superficie y volumen y de esta forma, puede aumentar la velocidad de reacción y resolver
el problema. En la primera síntesis del material obtuvimos Cao en lugar de CaO2. El óxido de calcio
(CaO), conocido comúnmente como cal viva o cal quemada, es un compuesto químico ampliamente
utilizado para la obtención de hipoclorito y para neutralizar terrenos ácidos. En este estudio
caracterizamos el material l mediante microscopía electrónica de barrido de rayos X y la
espectroscopia ultravioleta-visible.
Abstract. Chemical oxidation is one of the many different methods of removing contaminants that has
emerged recently, is an alternative method to traditional techniques. According to this research calcium
peroxide is suitable choice for contaminant biodegradation in soil and ground water, but it happens at a
very low speed. We hope that the method of synthesis of calcium peroxide in nano size by increased
ratio of surface to volume can increase the speed of reaction and solve the problem. In the first
synthesis of the material we obtained Cao instead of CaO2. Calcium oxide (CaO), commonly known
as quicklime or burnt lime, is a widely used chemical compound in obtaining hypochlorite and to
neutralize acidic soils. In this study we characterize the material by X-ray scanning electron
microscopy, and ultraviolet-visible spectroscopy.
Alquitrán, material utilizado en el mejoramiento de suelos para
uso en ingeniería
Coal tar, material used in soil improvement for use in road
engineering
R O Díaz1, A Montañez-Sáenz1 and J Cuentas-Peralta1
1
Resumen. El alquitrán de hulla es un subproducto de la destilación del carbón en ausencia de oxígeno
para obtener coque metalurgico; su color varia de cafe oscuro a negro, ligeramente viscoso y su
densidad es mayor que la del agua. Teniendo en cuenta las anteriores características, este documento
presenta el estudio de la factibilidad de usar el alquitrán de hulla en el mejoramiento de las propiedades
físicas, mecánicas y dinámicas de materiales utilizados en ingeniería vial. De este modo, inicialmente
se describen la procedencia, características y propiedades del alquitrán. Seguidamente, se formula y
evalúa la mezcla con material tipo base granular, mediante el procedimiento del ensayo CBR, para
determinar su resistencia y compararla con la del material sin estabilizar. Por último, se evalúa el
comportamiento del material sometido a cargas dinámicas por medio de los módulos resilientes
hallados con el equipo NAT (Nottingham Asphalt Tester). Como resultado, se identificó la opción de
utilizar el alquitrán de hulla como estabilizante, encontrando la conveniencia de su uso bajo algunas
condiciones específicas.
Abstract. Coal tar is a byproduct of the distillation of coal in the absence of oxygen to obtain
metallurgical coke; its color varies from dark brown to black, it's slightly viscous and its density is
greater than water. Considering the previous characteristics, this paper presents the feasibility study of
using coal tar in improving the physical, mechanical and dynamic properties of materials used in road
engineering. Thus initially describing the origin, characteristics and properties of the coal tar. Below, it
is presented the formulation and evaluation of the mix with material base type granular, by means of
the procedure of the CBR test, in order to determine mix resistance and compare it with the material
not stabilized. Finally, the material behaviour was evaluated under dynamic loads by means test
resilient modulus of NAT (Nottingham Asphalt Tester) equipment. As a result, the option of using coal
tar as a stabilizer is selected under some specific conditions.
Síntesis de óxidos de cerio tipo fluorita dopados con praseodimio
por el método de polimerización–combustión para aplicación
como materiales anódicos en pilas tipo SOFC
Synthesis of cerium oxides type fluorite doped with praseodymium
by the polymerization-combustion method for application as
anodic materials in SOFC fuel cells
A F Cruz-Pacheco1 and J A Gómez-Cuaspud1
1
Resumen. Este trabajo reporta la síntesis y caracterización de seis óxidos basados en el sistema Ce 1xPr XO2 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0,8 y 1.0), mediante el método de polimerización-combustión con ácido
cítrico, con el propósito de obtener materiales con aplicaciones como componentes electródicos en
pilas de combustible de óxido sólido. Inicialmente los precursores sólidos se caracterizaron por
espectroscopia infrarroja (FTIR) y análisis térmico (TGA-DTA), permitiendo determinar la formación
de especies tipo citrato como complejos de coordinación y la temperatura ideal de tratamiento térmico
para la consolidación de la fase cristalina buscada. Los análisis de difracción de rayos X (DRX) y de
microscopia electrónica de transmisión (TEM), realizados sobre las muestras ya calcinadas
proporcionaron información acerca de la formación de una fase fluorita prevalente con morfología y
propiedades superficiales, consistentes con una serie de agregados nanométricos (20 nm) con forma
regular, orientados en el plano (111), con distancias interplanares de 0,31 nm para la principal linea de
difracción. Estos resultados indican la efectividad del método de síntesis propuesto en la generación de
sólidos con una distribución de grano homogéneo, textura y relieve característicos para potenciales
aplicaciones en el diseño de materiales anódicos en pilas de combustible de óxido sólido.
Abstract. This work reports the synthesis and characterization of six oxides based on Ce1-xPrxO2
system (x =0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0), obtained by the polymerization-combustion method with
citric acid, in order to synthesize materials with applications as electrodic components in solid oxide
fuel cells. Initially solid precursors were characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and thermal
analysis (TGA-DTA), allowing determine prevalent citrate species in form of coordination complexes
as well as the optimal temperature for consolidation of the desired crystalline phase. The analysis of Xray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) performed on calcined samples
provided information about the formation of a prevalent fluorite phase and surface properties
consistent with the obtention of nanometric aggregates (20 nm), oriented in the (111) plane with d
spacings of 0.31 nm for the main diffraction signal. These results indicate the effectiveness of the
proposed synthesis method in the generation of a homogeneous solids with a grain distribution, texture
and relief characteristic for potential applications in the design of anodic materials in solid oxide fuel
cells.
Propiedades estructurales, respuesta eléctrica y comportamiento
magnético de la perovskita compleja triple La2SrFe2CoO9
Structural properties, electric response and magnetic behavior of
La2SrFe2CoO9 triple complex perovskite
F Casallas-Caicedo1, E Vera2, D Landínez-Téllez3, C Parra2 and J Roa-Rojas3
1
Licenciatura en Educación Industrial, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Duitama,
Colombia
2
3
Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia,
Bogotá D. C., Colombia
Resumen. La perovskita La2SrFe2CoO9 se preparó mediante el método de reacción de estado sólido,
usando óxidos precursores de alta pureza (99.9%) La2O3, SrCO3, Fe2O3, Co2O3. La estructura
cristalina se estudió mediante difracción de rayos X y análisis de refinamiento Rietveld. Los resultados
muestran que este material cristaliza como una perovskita triple ortorrómbica de triple perteneciente al
grupo espacial Immm (#71) with lattice constants a=5.4314(3) Ǻ, b=5.4583(3) Ǻ and c=7.7018(2) Ǻ.
La morfología de la superficie granular se estudió mediante imágenes obtenidas por Microscopía
Electrónica de Barrido. La respuesta eléctrica fue estudiada mediante la técnica de Espectroscopía de
Impedancia, aplicada en un rango de frecuencias entre 10.0 mHz a 0.10 MHz y a diferentes
temperaturas (77 – 300 K). Las medidas de magnetización en función de la temperatura permiten
determinar la ocurrencia de transición paramagnética-ferromagnética para una temperatura de Curie de
270 K, lo cual sugiere su aplicación en dispositivos nanoelectrónicos. Ajustando la respuesta
magnética con la ecuación de Curie-Weiss se concluyó que el momento magnético efectivo es
particularmente grande debido a la contribución de cationes de La, Fe y Co.
Abstract. The triple perovskite La2SrFe2CoO9 was prepared by the solid state reaction method from
the high purity precursor powders La2O3, SrCO3, Fe2O3, Co2O3 (99.9%). The crystalline structure
was studied by X-ray diffraction experiments and Rietveld refinement analysis. Results reveal that this
material crystallizes in an orthorhombic triple perovskite belonging to the space group Immm (#71)
with lattice constants a=5.4314(3) Ǻ, b=5.4583(3) Ǻ and c=7.7018(2) Ǻ. The granular surface
morphology was studied from images of Scanning Electron Microscopy. The electric response was
studied by the Impedance Spectroscopy technique from 10.0 mHz up to 0.10 MHz, at different
temperatures (77 – 300 K). Measurements of magnetization as a function of temperature permitted to
determine the occurrence of a paramagnetic – ferromagnetic transition for a Curie temperature of 270
K, which suggests it application in nanoelectronic devices. From the fit of the magnetic response with
the Curie-Weiss equation it was concluded that the effective magnetic moment is particularly large due
to the contribution of La, Fe and Co cations.
Investigación teórica del GaN dopado con carbono
Theoretical investigation of GaN carbon doped
M J Espitia-Rico1, J A Rodríguez-Martínez2 and M G Moreno-Armenta3
1
2
Grupo de Estudio de Materiales GEMA, Departamento de Física, Universidad Nacional de
Colombia, Bogotá, Colombia
3
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México,
México
Resumen. En este trabajo se realizaron cálculos de primeros principio en el marco de la teoría del
Funcional de la Densidad DFT con el fin de estudiar la estabilidad relativa, las propiedades
estructurales y electrónicas del GaN dopado con Carbono. Los cálculos computacionales se ejecutaron
usando el método del pseudopotencial ondas planas tal como está implementado en código Quantum
Espresso. En la supercelda del GaN tipo wurtzita se sustituyen átomos de nitrógeno con átomos de
carbono (CxN) y después átomos de galio con átomos de carbono (CxGa), con concentraciones de C
en el volumen del GaN de x = 25, 50 y 75%. Para cada concentración x de C se calculó la energía de
formación para las sustituciones de CxN y CxGa. Se encontró que es energéticamente más favorable
que los átomos de C ocupen las posiciones de los átomos de N (CxN), debido a que en todas las
concentraciones x de C poseen energías de formación más bajas que las sustituciones CxGa. Se
encontró que los nuevos compuestos CxGaN1-x poseen un módulo de volumen alto, por lo que son
bastante rígidos, esta propiedad lo hace buenos candidatos para aplicaciones en recubrimientos duros o
en dispositivos que deban trabajar altas potencias y altas temperaturas. El análisis de la densidad de
estados revela que los nuevos compuestos ternarios CxGaN1-x poseen comportamiento metálico. La alta
rigidez proviene esencialmente de la hibridación de los estados C-p y N-p que atraviesan el nivel de
Fermi
Abstract. In this work we used first principles calculations in the frame of density functional theory
(DFT) in order to study the structural and electronic properties of GaN doped with carbon. The
computational calculations were carried out by a method based on plane waves pseudopotentials, as
implemented in the Quantum Espresso code. In the wurtzite type GaN supercell the nitrogen atoms
were replaced by carbon atoms (CxN) and then also the gallium atoms by carbon atoms (CxGa). The
carbon concentrations in the GaN volume was set as x = 25, 50 y 75%. For each concentration x of
carbon the formation energy was calculated for the substitutions CxN and CxGa. We found that it is
more energetically that the carbon atoms occupy the positions of the atoms nitrogen atoms (CxN),
because in all the x concentrations x of carbon the formation energies were lower than that in the
substitutions (CxGa). It was found that the new compounds CxGaN1-x have higher bulk moduli. So
they are very rigid. This property makes them good candidates for applications in hard coatings or
devices for high power and temperatures. Analysis of the density of states show that the new CxGaN1-x
ternary compound have metallic behavior. High rigidity comes essentially from the hybridization states
N-p and C-p cross the Fermi level.
Obtención del polímero anhídrido (azelaico-co-dodecanodioico)
utilizando la técnica de microondas
Obtention of the anhydride polymer (azelaic-co-dodecanedioic)
using the microwave technique
M Gutiérrez1, C Sierra1, M T Acevedo1 and A Herrera1
1
Programa de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Cartagena,
Colombia
Resumen. Se prepararon biopolímeros tipo polianhidrido a partir de los monómeros dicarboxílicos
ácido azelaico y dodecanodioico, variando las concentraciones (25, 50 𝑦 75 %w/w). La polimerización
se llevó acabo empleando la técnica de microondas, usando como agente entrecruzante anhídrido
acético, con tiempo de polimerización de 3 y 5 minutos. En adición, se utilizó la técnica de
viscosimetría intrínseca para determinar a 25℃ el copolimero con mayor masa molecular. Para esto, se
prepararon disoluciones de las mezclas poliméricas en cloroformo/etanol (60%/40%). Para el cálculo
de la viscosidad intrínseca se utilizaron 3 ecuaciones: Hugging y Kraemer por extrapolación lineal y
Salomon-Ciuta en un solo punto. Finalmente se eligió el copolimero 50:50 de 3 minutos en el
microondas con mayor viscosidad intrínseca la cual es directamente proporcional a la masa molecular,
haciéndolo atractivo por su estabilidad físico-química.
Abstract. A polyanhydride based biopolymer were prepared from the azelaic and dodecanedioic
dicarboxylic acid monomers, varying concentrations (25, 50 𝑦 75% w / w). The polymerization was
just using the microwave technique, using acetic anhydride as crosslinking agent, with polymerization
time of 3 to 5 minutes. Additionally, intrinsic viscometry technique was used to determine a 25 ℃ the
higher molecular weight copolymer. For this, the polymer blends solutions were suspended in
chloroform / ethanol (60% / 40%). For the calculation of the intrinsic viscosity three equations were
used: Hugging and Kraemer, linear extrapolation, and Salomon-Ciuta at a single point. Finally the
50:50 copolymer was chosen with a polimerization time of 3 minutes in the microwave, due to this
sample displayed the higher intrinsic viscosity, which is directly proportional to the molecular mass,
making this biopolmyer attractive for its physicochemical stability.
Remoción de mercurio de aguas residuales usando nanopartículas
óxido de hierro
Mercury removal in wastewater by iron oxide nanoparticles
G Morales1, C Hincapié2, G Campillo2, E Vélez2, J Osorio3, O Arnache3, J I Uribe3 and
F Jaramillo4
1
Facultad de Ingenierías, Universidad de Medellín, Medellín, Colombia
2
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad de Medellín, Medellín, Colombia
3
Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia,
Medellín, Colombia
4
Facultad de Ingenierías. Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. El mercurio es uno de los contaminantes persistentes en las aguas residuales, que se está
convirtiendo en un problema severo de salud pública y ambiental, por lo que su eliminación es una
necesidad. Las nanopartículas de óxidos de hierro han recibido mucha atención debido a que presentan
propiedades tales como: gran biocompatibilidad, facilidad de separación, una alta relación superficieárea a volumen, modificabilidad de su superficie, reutilización, excelentes propiedades magnéticas y
costos de fabricación relativamente bajos. Las nanopartículas Fe3O4 y γ-Fe2O3 se sintetizaron
utilizando sales de hierro y NaOH como agente de precipitación y Aloe Vera como agente estabilizante
y se caracterizaron con medidas en el Zetasizer Nano ZS para la estimación del tamaño, espectroscopía
UV-Vis que mostró la existencia de resonancia de plasmón a un max ~ 300 nm y por medio de
espectroscopía electrónica de barrido (SEM) para determinar su forma. Las nanoparticulas de óxidos
de hierro obtenidas tienen una estrecha distribución de tamaño (desde 50 hasta 110 nm). La
eliminación aproximadamente del 70% de mercurio se confirmó por medio de espectroscopia de
absorción atómica.
Abstract. Mercury is one of the persistent pollutants in wastewater, it is becoming a severe
environmental and public health problem so the need for its removal has become a must. Iron oxide
nanoparticles has been received much attention due to their properties, such as great biocompatibility,
ease of separation, high surface area-to-volume ratio, surface modifiability, reusability, excellent
magnetic properties and comparatively low cost. The Fe3O4 and γ-Fe2O3 nanoparticles were obtained
using iron salts and NaOH as precipitation agents and Aloe Vera as stabilizing agent. Iron Oxide
nanoparticles obtained were characterized using Zetasizer Nano ZS were applied to size estimation,
UV−visible spectroscopy show the existence of surface plasmon resonance peak at max ~ 300 nm
and by Scanning Electron Microscopy (SEM) to determinate nanoparticles form. The results of the
characterization show Iron oxides nanoparticles with a narrow size distribution (from 50 to 110 nm).
Mercury removal of 70% approximately was confirmed by spectroscopy atomic absorption
measurements.
Síntesis de nanopartículas de plata (AgNPs) con actividad
antibacterial
Synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) with antibacterial
activity
G Morales1, C Hincapié2, G Campillo2, E Vélez2, J Osorio3, O Arnache3, J I Uribe3 and
F Jaramillo4
1
Facultad de Ingenierías, Universidad de Medellín, Medellín, Colombia
2
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad de Medellín, Medellín, Colombia
3
Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia,
Medellín, Colombia
4
Facultad de Ingenierías. Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. La sintesis de nanomateriales es una de las ramas más activas de la nanociencia,
especialmente aquellos que ayuden a mejorar la calidad de vida de los humanos, las nanoparticias de
plata son un ejemplo de esto pues se conoce que tiene efectos inhibitorios y bactericidas. En este
artículo, se reporta la intesis de nanopartículas de plata por el método de reducción química a partir de
Nitrato de Plata (AgNO3) en solución acuosa, usando una mezcla de polivinil pirrolidona (PVP) – Aloe
Vera como agente reductor y como agente estabilizante en el control del tamaño de partícula. Las
AgNPs obtenidas fueron caracterizadas utilizando espectroscopía electrónica de barrido (SEM),
espectroscopía UV-Vis y se llevaron a cabo medidas con el Zetasizer Nano ZS para la estimación
incial del tamaño. Los resultados de la caracterización muestran que las Ag-NPs presentan una
estrecha distribución de tamaño (entre 60 y 110 nm). La presencia de la resonancia de plasmón a un
max ~ 420 nm, evidencia la formación de nanoparticulas de plata. Usando metodos estándar de
medición, se demostró una actividad bactericida superior al 90% contra bacterias mesófilas.
Abstract. The synthesis of nanomaterials is currently one of the most active in nanoscience branches,
especially those help improve the human quality life, and silver nanoparticles (AgNPs) are an example
of this as it is known to have inhibitory and bactericidal effects. In this work, we report the synthesis of
silver nanoparticles by chemical reduction method of silver nitrate (AgNO3) from aqueous solution,
using a mix of polivinyl pyrrolidone (PVP) – Aloe Vera as reducing agent and for stabilization and
control of particle size. Silver nanoparticles obtained were characterized by Scanning Electron
Microscopy (SEM), UV−visible spectroscopy and measurements using Zetasizer Nano ZS were
applied to size estimation. The results of the characterization show AgNPs with a narrow size
distribution (from 60 to 110 nm). The existence of surface plasmon resonance peak at max ~ 420 nm is
evidence of silver nanoparticles formation. A bactericidal activity above 90% against mesophiles
bacteria was demonstrated by standard methods.
Propiedades cristalinas, electrónicas y magnéticas del material
tipo perovskita Ba2YbSbO6
Crystalline, electronic and magnetic properties of the Ba 2YbSbO6
perovskite-like material
L A Carrero-Bermúdez1, R Moreno-Mendoza1, R Cardona1, D A Landínez-Téllez1 and
J Roa-Rojas1
1
Resumen. En el presente trabajo reportamos la síntesis del nuevo material Ba2YbSbO6 a través de
reacción en estado sólido. Caracterizaciones de la estructura cristalina por medio de difracción de
rayos X y posterior refinamiento tipo Rietveld de los datos experimentales mediante el código GSAS
muestran que el material cristaliza en una estructura romboédrica de tipo perovskita doble con
parámetro de red a=5.9104Å y ángulo α=59. 9993o. Mediciones de reflectancia difusa permitieron
determinar el carácter aislante del material con una brecha de energía de 3.62 eV. A través de
experimentos de susceptibilidad magnética en función de la temperatura se determinó la respuesta
paramagnética del Ba2YbSbO6. El ajuste con la ecuación de Curie arrojó un valor de momento
magnético efectivo de 1.82 B, el cual es próximo del valor calculado a través de las reglas de Hund.
La estructura cristalina y de bandas electrónicas fue calculada por medio de la Teoría del Funcional
Densidad (DFT). Los resultados estructurales obtenidos para una perovskita romboédrica con grupo
espacial R-3 se corresponden con los valores experimentales hasta en un 98%. La estructura de bandas
en las cercanías del nivel de Fermi presenta brechas de energía de 2.93 eV para la polarización de
espín arriba y de 1.67 eV para la polarización de espín abajo. Este valor es ligeramente menor que el
obtenido experimentalmente. El momento magnético efectivo calculado a partir de DFT, debido
esencialmente a los cationes de Yb3+, es de 1.0 B.
Abstract. In this work we report the synthesis of the Ba2YbSbO6 new material by the solid state
reaction recipe. Characterization of the crystalline structure through the X-ray diffraction technique
and Rietveld refinement of the experimental data by using the GSAS code reveal this material
crystallizes in a rhombohedral perovskite-like structure with cell parameter a=5.9104(1)Å and tilt
angle α=59.9993(0)o. Measurements of diffuse reflectance permitted to determine the insulator
character of this material with an energy gap of 3.62 eV. By means experiments of magnetic
susceptibility as a function of temperature the paramagnetic response of the Ba 2YbSbO6 was analyzed.
The fit to the Curie equation gives an effective magnetic moment of 1.82 B, which is close to the
expected value from the Hund’s rules. The crystalline and band structures were calculated by using the
Density Functional Theory. Structural results obtained by considering a rhombohedral perovskite
belonging to the R-3 space group are 98% in accordance with the experimental values. Close to the
Fermi level, the band structure evidences an energy gap of 2.93 eV for the spin up polarization and
1.67 eV for the other. The mean value of these band gaps is slightly smaller than the the experimental
value. The theoretical effective magnetic moment calculated from DFT, which is majority due to the
Yb3+ isolated cation, is obtained to be 1.0 B.
Resinas fenólicas-alquídicas altamente ramificados con alto
contenido de sólido
Hyperbranched phenolic-alkyd resins with high solid content
P A Vallejo1, B L López2 and E A Murillo3
1
Grupo de Investigación en Gestión y Modelación Ambiental, Universidad de Antioquia,
Medellín, Antioquia, Colombia
2
Grupo Ciencia de los Materiales, Universidad de Antioquia, Medellín, Antioquia, Colombia
3
Grupo de Investigación en Materiales Poliméricos (GIMAPOL), Departamento de Química,
Resumen. Resinas fenolicas-alquídicas altamente ramificadas (HPARs) con alto contenido de sólidos
(70 %) fueron sintetizadas en este estudio, con el objetivo de obtener nuevos materiales
ambientalmente amigables. Las HPARs fueron sintetizadas a partir de poliester poliol altamente
ramificado de cuarta generación (HBP), fenol y acidos grasos de aceite de tall (TOFA). En todos los
casos la proporción de HBP (75.40 g) y TOFA (69.60 g) fueron mantenidas constantes y para el fenol
fueron 10 (HPAR1), 20 (HPAR2) y 30 % (HPAR3). Las propiedades estructurales, reologicas,
termicas y de pelicula de las HPARs fueron evaluadas y comparadas con las de una resina alquídica
latamente ramificada obtenida en un trabajo anterior con la misma proporción de HBP y TOFA
empleada en este estudio. Las reacción entre TOFA y fenol con el HBP fueron evidenciadas por
análisis de valor ácido, valor hidroxilo y resonancia magnetica nuclear. El porcentaje de conversión de
TOFA fue mayor a 90 %. La masa molar de las HPARs, fue más alta que la del HBP. El analisis de
dispersión de luz dinamica mostro ue la distribución en intensidad de las HPARs fueron monomodales
excepto para la resina HPAR1. El comportamiento reologico de la resina HPAR1 fue principalmente
seudoplastico, mientras aquellos de las resinas HPAR2 y HPAR3 fueron principalmente Newtoniano.
El análisis de calorimetria diferencial de barrido permitió evidenciar que las resinas HPARs son
amorfas. Los valores de brillo y dureza de las HPARs incrementaron con el contenido de fenol. La
felxibilidad de las HPARs fue buena porque todas pasaron la prueba. Los valores de las temperaturas
de transición vitrea y descomposición termica, viscosidad y dureza de las HPARs, fueron mayores que
aquel de la resina HBAR resina.
Abstract. Hyperbranched phenolic-alkyd resins (HPARs) with high solid content (70 wt%) were
synthesized in this study, with the aim of obtaining new environmentally friendly materials. The
HPARs were synthesized from hyperbranched polyester polyol of fourth generation (HBP), phenol and
tall oil fatty acids (TOFA). In all cases the proportions of HBP (75.40 g) and TOFA (69.60 g) were
kept constant, and for the phenol were 10 (HPAR1), 20 (HPAR2) and 30 wt% (HPAR3). The
structural, rheological, thermal and film properties of the HPARs were evaluated and compared with
those of a hyperbranched alkyd resin obtained in our earlier work with the same proportion of HBP
and TOFA employed in this study. The reactions between TOFA and phenol with the HBP were
evidenced by acid value, hydroxyl value and nuclear magnetic resonance analyses. The conversion
percentage of TOFA was higher than 90 %. The molar mass of the HPARs, was higher than that of the
HBP. Dynamic light scattering analysis showed that the intensity distributions of the HPARs were
monomodals except for the HPAR1 resin. The rheological behavior of the HPAR1 resin was mainly
pseudoplastic, while those of the HPAR2 and HPAR3 resins were mainly Newtonian. Differential
scanning calorimetric analysis allowed evidence that the HPARs are amorphous. HPARs gloss and
hardness values increased with phenol content. The flexibility of the HPARs was good because all
passed the test. Glass transition and thermal decomposition temperatures, viscosity and hardness
values were higher for HPARs than HBAR resin.
Estudio teórico y experimental de las propiedades electrónicas,
estructurales y magnéticas de la perovskita compleja Ba 2GdSbO6
Theoretical and experimental study ofthe electronic, structural
and magnetic properties of the Ba2GdSbO6 complex perovskite
R Moreno-Mendoza1, L A Carrero-Bermúdez1, R Cardona1, D A Landínez-Téllez1 and
JRoa-Rojas1
1
Colombia, Bogotá D.C., Colombia.
Resumen. La perovskita compleja Ba2SmSbO6 ha sido sintetizada mediante la técnica de reacción
sólida. Un estudio de su estructura cristalina y electrónica fue realizado por medio de cálculos de la
densidad de estados y la estructura de bandas, para lo cual se utilizó el método de Ondas Planas
Aumentadas y Linealizadas (FP-LAPW) dentro el marco de la Teoría de la Densidad Funcional (DFT).
Los resultados muestran que la estructura más estable es la de una perovskita romboédrica con
parámetro de red a=6.0840Å. En las proximidades del nivel de Fermi se observó una brecha de energía
de 3.1 eV para las dos polarizaciones de espín, lo cual permite clasificar el material como de carácter
aislante. El momento magnético efectivo debido esencialmente a los cationes de Gd3+ es de 7.0B. La
estructura cristalina fue caracterizada a través de difracción de rayos X en un equipo Panalytical XPert
Pro, con refinamiento Rietveld del patrón de difracción por medio del código GSAS. Los resultados
concuerdan en un 98% con los obtenidos teóricamente. Mediciones de susceptibilidad en función de la
temperatura revelan el comportamiento estrictamente paramagnético del material. El ajuste de tipo
Curie permitió obtener un valor momento magnético efectivo de 9.87 B, que resulta bastante mayor
que el valor teórico esperado para un ion aislado de Gd3+a partir de eff=g[J(J+1)] ½, donde g
representa el factor de Landé y J es el número cuántico relacionado con los orbitales electrónicos 4f.
Mediciones de reflectancia difusa con ajustes a la ecuación de Kubelka–Munk permitieron determinar
experimentalmente un valor para la brecha de energía prohibida de 3.81 eV, el cual corresponde al
valor predicho mediante DFT.
Abstract. The Ba2SmSbO6 complex has been synthesized by the solid state reaction procedure. A
study of the crystalline and electronic structure was performed through the Linearized Augmented
Plane Wave method (FP-LAPW) into the framework of the Density Functional Theory (DFT). The
results reveal that a rhombohedral perovskite is the more stable structure with a lattice parameter
a=6.0840 Å. Close to the Fermi level an energy gap of 3.1eV was observed for both up and down spin
polarizations, which permitted to classify this material as insulator. The largest contribution to the
effective magnetic moment, due to the Gd3+ cations, evidenced a value of 7.0B. The crystalline
structure was experimentally determined by means measurements in a Panalytical XPert Pro X-ray
diffractometer with a Rietveld refinement of the diffraction pattern through de GSAS code. Results are
98% in agreement with those theoretically predicted. Measurements of magnetic susceptibility as a
function of temperature reveal the paramagnetic feature of this material. From the fitting with the
Curie law the effective magnetic moment was obtained to be 9.87B, which is higher that the
theoretical value for the Gd3+ isolated cation predicted by eff=g[J(J+1)] ½, where g represents the
Landé’s factor and J is the quantic number related to the 4f electronic orbital. Experiments of diffuse
reflectance and fittings with the Kubelka–Munk equation permitted to obtain an energy gap of 3.81 eV,
which is in agreement with the theoretical value predicted by DFT.
Características cristalina, magnética y eléctrica del compuesto
cerámico Nd2SrMn2TiO9
Crystalline, magnetic and electric feature of the Nd2SrMn2TiO9
ceramic compound
J Cuervo-Farfán1, H Castellanos-Acuña2, C A Parra-Vargas3, D A Landínez-Téllez1 and
J Roa-Rojas1
1
2
Ciencias Básicas, Universidad Manuela Beltrán, Bogotá D.C., Colombia
3
Grupo Física de Materiales, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja,
Colombia
Resumen. En este trabajo reportamos el proceso de síntesis del compuesto cerámico policristalino
Nd2SrMn2TiO9 mediante el procedimiento de reacción en estado sólido. La estructura cristalina fue
analizada a través de experimentos de difracción de rayos X en la disposición Bragg-Brentano. El
refinamiento Rietveld del patrón de difracción, a través del uso del código GSAS, muestra que este
compuesto cristaliza en una estructura ortorrómbica, grupo espacial Pnma (#62), con parámetros de
red a=5.4789 Å, b=7.7582 Å y c=5.4829 Å. La morfología superficial fue estudiada mediante
imágenes de microscopía electrónica de barrido, observándose la formación y compactación de granos
de tamaño promedio 570.38 nm. Mediciones de magnetización en función de la temperatura revelan
que el compuesto presenta un comportamiento paramagnético. El análisis con la ecuación de Curie
permitió establecer un momento magnético efectivo eff = 4.03 B, el cual está 97.8% en concordancia
con el valor teórico esperado a partir de las reglas de Hund. El estudio de la respuesta eléctrica por
medio de curvas I-V muestra un comportamiento conductor, con una característica Óhmica a
temperatura ambiente.
Abstract. In this work we report the synthesis process of the polycrystalline ceramic compound
Nd2SrMn2TiO9 by means the solid-state reaction procedure. The crystalline structure was analyzed
through X-ray diffraction experiments in the Bragg-Brentano recipe. The Rietveld refinement of the
diffraction pattern by using the GSAS code show that this material crystallizes in an orthorhombic
structure, space group Pnma (#62), with lattice parameters a=5.4789 Å, b=7.7582 Å and c=5.4829 Å.
The surface morphology was studied by scanning electron microscopy images, which evidence the
formation and compacting of grain with mean size 570.38 nm. Measurements of magnetization as a
function of temperature reveal that this compound have a paramagnetic behavior. The analysis with the
Curie equation permitted to establish an effective magnetic moment eff = 4.03 B, which is 97.8% in
agreement with the theoretical value expected from the Hund’s rules. The study of the electric
response from I-V curves shows a conductor behavior, with an Ohmic feature at room temperature.
Estructura y morfología de la
sintetizada por el método de pechini
hexaferrita
Sr 3Co2Fe24O41
Structure and morphology of
synthetized by pechini’s method
Sr3Co2Fe24O41
hexaferrite
J Sandino1, W Salazar1 and E Barrera2
1
Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá
D.C., Colombia
2
Universidad Católica de Colombia, Colombia
Resumen. Existe un constante interés científico en el estudio de la ferrita pura Sr 3Co2Z
(Sr3Co2Fe24O41) debido su acoplamiento magnetoeléctrico a temperatura ambiente y su amplia gama
de posibles aplicaciones tecnológicas, por ejemplo en memorias de almacenamiento de datos. Como en
todo material que se desee fabricar, las propiedades dependen fuertemente del método de síntesis.
Entre los diversos métodos de síntesis para fabricar este tipo de ferrita, el método de Pechini tiene
entre otras las ventajas de poder controlar con precisión la obtención de diversas estructuras
predeterminadas y su relativa simplicidad. En este método para obtener la estructura deseada, se debe
tener un control de las temperaturas de recocido muy preciso. En este trabajo se analiza el resultado de
síntesis de muestras mediante el método de Pechini y su posterior recocido a 850°C, 1150°C y 1250°C
con el fin de obtener la ferrita hexagonal Sr3Co2Fe24O41. Las muestras obtenidas se caracterizaron por
las técnicas de difracción de Rayos X y microscopía electrónica de barrido. Se observó que para el
intervalo de temperaturas empleados hay un dominio de estabilidad de las fases hexaferrita M y Z,
obteniéndose que a 850°C la fase M predomina, mientras que a 1250°C predomina la fase Z. En las
muestras recocidas a menores temperaturas se observaron estructuras lenticulares, mientras que a
mayores temperaturas las estructuras fueron aciculares.
Abstract. There is a great scientific interest in the single hexaferrite Sr 3Co2Z (Sr3Co2Fe24O41) due to
magnetoelectric effect at room temperatures and its wide variety in possible technological applications,
e.g. in data storage memories. As well as any other material synthesis method are very important to
obtain desired properties. Between the different methods applied to prepare this ferrite, the Pechini
method has as advantages the precise control in obtainment of predetermined structures, its relatively
simplicity and almost independence in the chemical process. In this method, for obtaining the structure
is necessary a very accurate control of annealing temperatures. In this work synthesis procedure trough
of the Pechini method and annealing of specimens at 850°C, 1150°C and 1250°C is shown to obtain
the hexagonal ferrite Sr 3Co2Z.The samples obtained were characterized by X-Ray diffraction as well as
scanning electron microscopy. It was observed that for the range of temperatures applied there is a
domain of stability in hexaferrite phases both M and Z, finding that at 850°C the M phase is
predominant, instead at 1250°C the single Z phase is predominant. In the annealed specimens to lower
temperatures were observed lenticulars structures, different from these ones to higher temperatures that
display acicular structures.
Propiedades estructurales y magnéticas de las aleaciones CuAl 1xCrxS2
Structural and magnetic properties of the CuAl 1-xCrxS2 alloys
C Ortega-López1, L C Sánchez1 and M J Espitia2
1
Grupo de Estudio de Materiales y Sistemas Complejos (GAMASCO), Departamento de
2
Grupo GEFEM, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C., Colombia.
Resumen. En este trabajo se realizaron cálculos computacionales, basados en la teoría del Funcional
de la Densidad DFT, para investigar las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de las
aleaciones CuAl1-xCrxS2(x = 0.50 y 0.75). Se utilizó el método del pseudopotencial, tal como está
implementado en el código Quantum-Expresso. Se encontró que las aleaciones cristalizan en una
estructura tetragonal perteneciente al grupo espacial 122 (I-42d), con constantes de red a = 5.304(1)Å y
c = 10.342Å para x = 0.5, y a = 5.309(1)Å y c = 10.351Å para x = 0.75. Estos valores están en buen
acuerdo con los resultados experimentales.
Adicionalmente, se encontró que las aleaciones poseen un comportamiento antiferromagnético con
momentos magnéticos de 4,14µβ/celda y 4,36µβ/celda, respectivamente. Del análisis de la densidad de
estado, es claro que las aleaciones poseen un comportamiento semimetálico debido a los estados Cr-d
y Cu-d que atraviesan e nivel de Fermi.
Abstract. In this paper computations were performed based on the theory of density functional theory
DFT, to investigate the structural, electronic and magnetic properties of CuAl 1-xCrxS2 (x = 0.50 and
0.75) alloys. Pseudopotential method was used, as is implemented in the Quantum-Expresso code. It
was found that the alloys crystallize in a tetragonal structure belonging to 122 space group (I-42d) with
lattice constants a = 5.304 (1) Å and c = 10.342Å for x = 0.5, and a = 5.309 (1) Å and c = 10.351Å for
x = 0.75. These values are in good agreement with experimental results.
Additionally, it was found that the alloys possess an antiferromagnetic behavior with magnetic
moments 4,14μβ /cell and 4,36μβ cell, respectively. From the analysis of the density of states, it is
clear that the alloys have a semimetalic bahavior due to the Cr-d and Cu-d states crossing the Fermi
level.
Propiedades electrónicas y magnéticas
GaN/MnN/GaN - MnN/GaN/MnN
de
las
intercapas
Electronic and magnetic properties of the GaN/MnN/GaN MnN/GaN/MnN interlayers
C Ortega1, F Peniche2 and L C Sánchez1
1
Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
2
Resumen. En este trabajo se reportan cálculos de primeros principios para investigar la estabilidad
estructural, las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de la intercapas GaN/MnN/GaN –
MnN/GaN/MnN. Los cálculos fueron realizados utilizando el método de pseudopotenciales, como está
implementado en el código computacional Quantum ESPRESSO. No se encontraron cambios
significativos en las propiedades estructurales de las intercapas. Se encontró que las intercapas
presentan comportamiento ferromagnético, teniendo ambos sistemas un momentum magnético de 8µB
por celda, debido principalmente a los orbitales p del Mn.
Abstract. In this work we report first principles calculations to investigate the structural stability,
structural, electronic and magnetic properties of the GaN/MnN/GaN - MnN /GaN/MnN interlayers.
The calculations were performed using the pseudopotential method, as implemented in the computer
code Quantum ESPRESSO. No significant changes were found in the structural properties of the
interlayers. Were found that the interlayers exhibit a ferromagnetic behavior, both systems having a
magnetic momentum 8μB per cell, mainly due to the Mn p orbitals.
Propiedades estructurales y electrónicas de los compuestos ErB 2,
Er0.5Lu0.5B2 y LuB2 usando el funcional hibrido PBE0
Structural and electronic properties of ErB 2, Er0.5Lu0.5B2 and
LuB2 compounds by using the PBE0 hybrid functional
C Ortega-López1, M I Velásquez1 and J Beltrán1
1
Grupo Avanzado de Materiales y Sistema Complejos (GAMASCO), Departamento de
Resumen. Reportamos cálculos de primeros principios para determinar las propiedades estructurales y
electrónicas de los compuestos ErB2, Er0.5Lu0.5B2 y LuB2, usando la teoría del funcional densidad
(DFT: Density Functional Theory) y el método ondas planas aumentadas y linealizadas en la versión
del potencial completo (FP-LAPW: Full-Potential Linearized Augmented Plane Waves). Para la
descripción de la interacción electrón-electrón, se emplean las aproximaciones de densidad local
(LDA), gradiente generalizado de Perdew, Burke y Ernzerhof (GGA-PBE: Generalized Gradient
Approximation-Perdew-Burke-Ernzerhof) y el funcional híbrido PBE0. A partir de la densidad de
estados (DOS: Density of States), se encuentra que la adición de una fracción de la energía de
intercambio exacto de Hartree-Fock, en la aproximación PBE, evidencia la localización de los orbitales
4f del Er y del Lu, lo cual favorece la polarización de los espines electrónicos de estos orbitales en los
compuestos ErB2, Er0.5Lu0.5B2 y LuB2. El esquema PBE0 se justifica porque describe de manera más
apropiada las propiedades electrónicas y magnéticas de los sistemas fuertemente correlacionados que
las aproximaciones LDA y PBE.
Abstract. We report first-principles calculations to determine the structural and electronic properties
of the ErB2, Er0.5Lu0.5B2 and LuB2 compounds, by using density functional theory (DFT) and
linearized augmented plane wave method version full potential (FP-LAPW). And the PBE0 hybrid
functional. For the description of the electron-electron interaction, local density approximation (LDA),
generalized gradient Perdew, Burke and Ernzerhof (GGA-PBE) are used. From the density of states
(DOS), it is found that the addition of a fraction of the energy of exact exchange of Hartree-Fock in
PBE approximation, shows the localization of the 4f orbitals of Er and Lu, which favors electron spin
polarization of these orbitals in ErB2, and LuB2 Er0.5Lu0.5B2 compounds. The PBE0 scheme is justified
because describes of appropriately way the electronic and magnetic properties of strongly correlated
systems that LDA and PBE approximations.
Un estudio ab-initio de la estabilidad relativa y propiedades
electrónicas de las sustituciones de átomos de C por B y N en el
compuesto w-BN
A study Ab-initio of relative stability and electronic properties of
substitutions of atoms C by B and N in the w-BN compound
G Casiano1, C Ortega1 and N De-La-Espriella1
1
Grupo Avanzado de Materiales y Sistema Complejos (GAMASCO), Departamento de
Resumen. En este trabajo, se hace un estudio de las propiedades estructurales y electrónicas del
compuesto BN, al sustituir átomos de C por B y N respectivamente, en estructura wurtzita; usando un
cálculo de primeros principios dentro de la Teoría Funcional Densidad (DFT). Los efectos de
correlación e intercambio se tratan con la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA) utilizando
la aproximación del pseudopotencial como se implementa en el paquete Quantum-ESPRESSO. Se
encontró que las sustituciones de los átomos C en los sitios N de la supercelda del BN son
energéticamente más favorable. Encontramos que el compuesto es bastante rígido debido a que el
módulo de volumen es alto, por lo tanto el compuesto puede ser potencialmente usado en
recubrimientos duros. Los cálculos de la densidad de estados muestran que el compuesto presenta un
comportamiento metálico debido a la hibridación de los orbitales C-p y N-p que atraviesan el nivel de
Fermi.
Abstract. In this paper we study the structural and electronic properties of the compound BN,
substituting C atoms by N and B respectively, in a wurtzite structure; by using a first-principles
calculations within the Functional Theory (DFT) Density. The correlation and exchange effects are
treated with the Generalized Gradient Approximation (GGA) using the pseudopotential approximation
as implemented in the Quantum-ESPRESSO package. Found that substitutions of carbon atoms in the
N sites BN supercell are energetically more favourable. We found that the compound is rigid due to
the bulk module is high, therefore the compound can be potentially used in hard recovery. The density
states calculation show that the compound has metallic behaviour because due to hybridization of N-p
and C-p orbitals crossing the Fermi level.
Efectos de las sustituciones de átomos de C por Al y N en el
compuesto w-AlN
Effects of substitutions of C atoms by Al and N in the w-AlN
compound
J F Murillo1, C Ortega1 and M Espitia2
1
Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
2
Grupo GEFEM, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D. C., Colombia
Resumen. Presentamos cálculos ab-initio en la aproximación del pseudopotencial para las
sustituciones de átomos de carbono por sitios de aluminio y nitrógeno en el compuesto AlN en fase
wurtzita. Se optimizaron parámetros estructurales para AlN y con sustituciones de Carbono.
Posteriormente, se determinan las propiedades electrónicas y magnéticas mediante la densidad de
estados (DOS) y Teoría de Bandas. También, se determina que el AlN con sustituciones de carbono
(AlN-C) es bastante estable, además de poseer propiedades magnéticas, lo que le confiere atractivas
aplicaciones.
Abstract. We present ab-initio calculations in the pseudopotential approximation for the carbon atoms
substitutions by aluminum and nitrogen sites in the AlN compound in wurtzite phase. Structural
parameters for AlN and Carbon substituted were optimized. Subsequently, the electronic and magnetic
properties are determined by the density of states (DOS) and Theory of Bands. Also is determined that
the AlN with carbon substitutions (AlN-C) is quite stable, besides having magnetic properties, which
gives attractive applications.
Óxido de grafeno funcionalizado con nanopartículas de magnetita
y su aplicación en la remoción de azul de metileno en agua
Graphene oxide functionalized with magnetite nanoparticles and
its application to removal of methylene blue in water
I Gómez1, E Mejía-Ospino2 and R Cabanzo3
1
Escuela de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander,
2
Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,
Colombia
Resumen. Se sintetizó un composito con propiedades magnéticas mediante la cooprecipitación in situ
de iones Fe+2 y Fe+3 sobre la superficie de óxido de grafeno disperso en agua. La ruta de síntesis es
simple y podría ser fácilmente escalable. Los análisis efectuados a través de diferentes técnicas
analíticas (DRX, FT-IR, Raman, SEM) revelaron que la funcionalización se llevó a cabo de manera
efectiva y permitieron conocer algunas características estructurales de este material (Fe3O4@GO).
Después de ser caracterizado, el composito se empleó para adsorber azul de metileno en fase acuosa.
Los resultados indican una buena capacidad de adsorción y la facilidad con la que puede llevarse a
cabo el postratamiento dado que una vez que el colorante es adsorbido puede removerse fácilmente del
agua mediante la aplicación de un campo magnético externo como el generado por un imán
convencional. Otro aspecto destacable se basa en el hecho de que el colorante puede degradarse
mediante la adición de peróxido de hidrógeno debido a procesos de oxidación avanzada en los que las
NPs de magnetita operan como catalizadores. Esto permite regenerar el composito y emplearlo en
varios ciclos conservando en gran medida su potencial para adsorber y degradar el colorante.
Abstract. A composite with magnetic properties was synthesized by cooprecipitation in situ of Fe +2
and Fe+3 ions on the surface of graphene oxide in aqueous dispersion. The synthetic route is simple and
could be easily scalable. Analyses by different analytical techniques (XRD, FT-IR, Raman, SEM)
revealed that the functionalization was carried out effectively and some structural characteristics of this
material (Fe3O4@GO) were determined. After being characterized, the composite was used to adsorb
methylene blue in water. The results indicate a good adsorption capacity and the composite can be
removed easily in the post-treatment by applying an external magnetic field as generated by a
conventional magnet. Another important aspect is that the colorant may be degraded by the addition of
hydrogen peroxide due to advanced oxidation processes in which magnetite NPs operate as catalysts.
This allows regenerating the composite and use it in several cycles retaining markedly its potential to
adsorb and degrade the dye.
Síntesis de puntos cuánticos de grafeno (GQD) y carbono (CQD)
mediante irradiación láser
Synthesis of graphene quantum dots and carbon quantum dots by
laser irradiation
E Jaimes1, E Mejía-Ospino1 and R Cabanzo1
1
Laboratorio de Espectroscopia Atómico y Molecular, Universidad Industrial de Santander,
Resumen. La producción de puntos cuánticos de grafeno (GQD) y carbono (C-dots) ha despertado
interés debido a sus propiedades de: baja toxicidad, estable fotoluminiscencia, alta solubilidad, inercia
química, control sobre la longitud de onda de la emisión y alta resistencia al foto blanqueamiento, lo
que les permite tener potenciales aplicaciones en biomedicina, optrónica, electrónica, catálisis, etc.
Se han desarrollado varios métodos para sintetizar puntos cuánticos, entre ellos, el uso de la ablación
láser ha resultado versátil, de bajo costo respecto a otras técnicas, no genera residuos tóxicos y es de
fácil ejecución. Este proceso puede utilizarse sobre sólidos en líquidos, soluciones con precursores y
suspensiones con partículas, que bajo el proceso de ablación pueden transformarse en partículas de
menor tamaño, de igual o diferente forma, fase y composición. En este trabajo se presentan los
primeros resultados en la obtención de los puntos cuánticos por ablación láser a partir de materiales
carbonáceos, y la dependencia de las propiedades ópticas, obtenidas por los espectros UV-Vis y
fluorescencia, respecto a la variación de algunos parámetros experimentales que permite la técnica.
Abstract. The production of graphene quantum dots (GQDs) and carbon quantum dots (CQDs or Cdots) has attracted attention because of their properties: low toxicity, stable photoluminescence, high
solubility, chemical inertness, control over the wavelength of emission and high resistance to
photobleaching, allowing them to have potential applications in biomedicine, optronics, electronics,
catalysis, etc.
Several methods have been developed to synthesize quantum dots, including the laser ablation
synthesis has proven versatile, low cost compared to other techniques, and does not generate toxic
waste is easily performed. This process can be used on solids in liquids, solutions and suspensions
precursor particles, which under the ablation process can become smaller particles of equal or different
shape, composition and phase. This paper presents the first results in obtaining quantum dots laser
ablation from carbonaceous materials, and the dependence of the optical properties, obtained by UVVis spectra and fluorescence, and the variation of some experimental parameters allowing the method.
Factibilidad del uso de alquitrán como nuevo material en la
construcción de pavimentos
Feasibility for the use of coal tar as a new material for road
surfaces (pavement) construction
M Á Romero-Farfán1, H E Murillo-Vega1 and F A Trujillo-Pinto1
1
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Uptc, Tunja, Colombia
E-mail: [email protected] , handere7@gmail , [email protected]
Resumen. Los productos de estabilización normalmente utilizados para mejorar la capacidad de
soporte de capas granulares en la construcción de pavimentos pueden ser costosos y de difícil
consecución; por esto, es necesario probar otros materiales, fáciles de conseguir y económicos, que
mejoren las propiedades físicas y mecánicas de las capas del pavimento. Consecuentemente, este
documento evalúa la utilización de alquitrán de hulla, como material estabilizante de subbases
granulares. Inicialmente, con una descripción de las propiedades del alquitrán, la determinación de las
condiciones óptimas de compactación del material de subbase granular, mediante ensayos de proctor
modificado y la determinación de la resistencia del material inalterado mediante ensayos de CBR de
laboratorio. En seguida, con el diseño y elaboración de mezclas de material granular con diferentes
porcentajes de alquitrán y la determinación de su CBR, como parámetro comparativo con el valor
obtenido del material inalterado. Por último, con la determinación del porcentaje óptimo de alquitrán
para estabilizar la subbase granular y la realización de una evaluación técnica y comparación
económica con otros métodos de estabilización convencionales. Dentro de los resultados, se verificó
mejora en las condiciones de resistencia del material granular y disminución de su expansión, mediante
el uso del alquitrán.
Abstract. The stabilization products often used to improve the support of granular layers in the
construction of road surfaces may be expensive and difficult to get. Therefore, it is necessary to test
different materials, which are cheap and easy to obtain, and which will enhance the physical and
mechanical properties of pavement layers. This document evaluates the use of coaltar, as a stabilizer
for granular subbases. Initially, with a description of tar properties, determining the optimal conditions
for the granular subbase material compaction, by means of modified proctor tests and the calculation
of the resistance of the unaltered material by using CBR lab tests. Afterwards, with the design and
development of granular material mixes with different percentages of coaltar and determining its CBR
as comparative parameter with that of the unaltered material. Finally, by calculating the optimal coaltar
percentage in order to stabilize the granular subbase and performing a technical evaluation as well as
an economical comparison with conventional stabilization methods. The results showed an
improvement in the resistance of the granular material and a decrease in its expansion due to the use of
coaltar.
Producción de la perovskita LaYbO3 mediante el método de
pechini modificado y estudio de sus propiedades estructurales,
eléctricas y magnéticas
Synthesis of LaYbO3 perovskite through modified pechini
method: Structural, electric and magnetic properties
characterization
J A Jaramillo1, E W Barrera-Bello1,2, C A Parra-Vargas3, D A Landínez-Téllez1 and J
Roa-Rojas1
1
2
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Católica de Colombia, Bogotá D.C.,
Colombia
3
Grupo Física de Materiales, Escuela de Física, Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. El óxido de perovskita lantánida LaYbO3 fue sintetizado mediante el método de Pechini
modificado, el cual se basa en la poliesterificación de complejos de metal-citrato a partir de una
disolución acuosa. Los complejos se formaron en disolución acuosa y con la adicion de etilenglicol y
evaporación lenta del agua, se permitió la formación de enlaces que formaron una red polimérica
macroscopica que contiene cationes distribuidos uniformemente a lo largo de su estructura. A través de
diferentes procesos de pirolisis se obtuvieron partículas microcristalinas del oxido. La caracterización
estructural del material obtenido se efectuó a través la técnica de difracción de rayos X. Los patrones
obtenidos muestran que la perovskita simple LaYbO3 cristaliza en una estructura ortorrómbica,
perteneciente al grupo espacial Pnma (#62), con parámetros de red a=6.0327 Å, b=8.4138 Å y
c=5.8307 Å, obtenidos por refinamiento Rietveld. Estudios de dispersión de rayos X por electrones
muestran que el LaYbO3 está libre de impurezas. La respuesta eléctrica se evaluó mediante mediciones
de polarización eléctrica en función del campo eléctrico aplicado. Las curvas obtenidas evidencian un
comportamiento histerético relacionado con pérdidas dieléctricas caraterísticas de materiales aislantes.
A partir de los valores de la carga de saturación de las curvas se determinó un valor de constante
dieléctrica relativa de 22.6. El comportamiento magnético se examinó por medio de curvas de
susceptibilidad magnética en función de la temperatura. Los ajustes a la ecuación de Curie son acordes
con una respuesta típicamente paramagnética, con momento magnético efectivo =4.9 B, el cual es
muy próximo al valor teórico esperado a partir de las reglas de Hund, mayoritariamente debido a los
iones de Yb3+.
Abstract. Single phase LaYbO3 lanthanide-based perovskite powder was synthesized by modified
Pechini method, which is based on polyestherification of metal-citrate complexes in aqueous solution.
Complexes were formed in aqueous solution and after polyalcohol addition and slow water
evaporation, bonds formation is allowed and a macroscopic polymeric network was produced, where
cations are embedded and uniformly distributed. Finally, through several pyrolysis steps,
microcrystalline oxide particles were obtained. The structural characterization of the material was
performed by means the X-ray powder diffraction technique. The obtained patterns were indexed and
refined to reveal that the LaYbO3 simple perovskite crystallizes in an orthorhombic structure,
belonging to the Pnma (#62) space group, with lattice constants a=6.0327 Å, b=8.4138 Å and
c=5.8307 Å. Studies of electron dispersive x ray spectroscopy show that the LaYbO3 is free of
impurities. The electric response was evaluated by measurements of electric polarization as a function
of applied electric fields. The obtained curves evidence a hysteretic behavior related with dielectric
losses which are characteristics of insulator materials. From the saturation values of electric charge the
relative dielectric constant was determined to be 22.6. The magnetic behavior was examined by means
curves of magnetic susceptibility as a function of temperature. The fit with the Curie equation is in
agreement with a typical paramagnetic feature with effective magnetic moment =4.9 B, which is
close to the theoretical expected value from the Hund‘s rules.
Propiedades ópticas y electroópticas de las cerámicas PLMN-PT
dopadas con Yb
Optical and electrooptical properties of PLMN-PT ceramics doped
with Yb
M E Aristizabal1, F A Londoño1 and D Garcia2
1
2
Ferroelectric Ceramics Group, Physics Department, Federal University of São Carlos,
Brazil
Resumen. Las cerámicas del sistema PMNPT presentan un alto efecto electroóptico que las hace
óptimas para la fabricación de dispositivos electroópticos como: moduladores ópticos, interruptores
ópticos y filtros ópticos, entre otros. Por esta razón, el sistema tipo perovskita PMNPT, basado en el
plomo, se ha convertido en un posible candidato para sustituir a las cerámicas del sistema PLZT que
son, en la actualidad, las comercialmente usadas. Por otro lado, las cerámicas transparentes del sistema
PLMNPT presentan mejores propiedades ópticas que las del sistema PMNPT y cuando son dopadas
con tierras raras pueden ser utilizadas como materiales multifuncionales. En particular, el dopaje Yb+
3 sobre el sistema PLMNPT puede modificar los coeficientes electroópticos, la difusividad, la
constante dieléctrica y las propiedades microestructurales y estructurales. Sin embargo, la relación
entre las propiedades de la cerámica y concentración de los iones no había sido estudiada hasta ahora.
Por tal razón, el objeto de este trabajo es estudiar la influencia del dopaje de Yb+ 3 con diferentes
concentraciones concentraciones (0,5, 1,0, 1,5 y 2,0 en peso) sobre el sistema PLMNPT y analizar sus
propiedades estructurales, microestructurales, dieléctricas, ópticas y electroópticas, con la intención de
encontrar un material multifuncional más optimizado. Se observó un aumento de la constante
dieléctrica para mayores concentraciones del dopaje, así como una disminución de la difusividad de la
cerámica. Esto ha sido explicado por la incorporación de iones de tierras raras en el sitio B de la
microestructura. Las propiedades microestructurales también se modificaron, el tamaño de grano
promedio se mantuvo sin cambios y las propiedades ópticas y electroópticas se mejoraron.
Abstract. PMNPT ceramics have a large electrooptical coefficient (EOC) which make them
interesting for the manufacture of electrooptical devices such as optical modulators, optical switches
and optical filters. These features also makes them leadbased perovskites possible candidates to
replace PLZT ceramics which are the most used in the industry. On the other hand the PLMNPT
ceramics doped with rare earth ions can be used as multifunctional materials, for example, the Yb+
3doped can modify the EOC, the diffusivity, the dielectric constant and the microstructural and
structural properties of PLMNPT transparent ceramics. However, the. relation between properties and
ion concentrations had not been studied so far. Therefore, the aim of this work is to study the influence
of ion Yb+ 3 c oncentrations (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 in weight), in the structure of PLMNPT analyzing
their structural, microstructural, dielectric, optical and electrooptical properties with the purpose of
finding a multifunctional material. An increase of the dielectric constant was observed in the case of
higher doping concentration, as well as a decrease of the diffusivity. This has been explained by the
incorporation of rare earth ion at site B. The microstructural properties were also modified, the average
grain size remained unchanged and the optical and electrooptical properties were improved.
Evaluación de un poliéster poliol altamente ramificado de segunda
generación modificado con ácido poliláctico como compatibilizante
de mezclas de almidón de yuca plastificado y ácido poliláctico
Evaluation of a hyperbranched polyester polyol of second
generation modified with polylactic acid as compatibilizing agent
of plasticized Tapioca starch/polylactic acid blends
R Mesías1 and E A Murillo2
1
Grupo de Investigación en Materiales Poliméricos (GIPIMME), Universidad de Antioquia,
Medellín, Antioquia, Colombia
2
Grupo de Investigación en Materiales Poliméricos (GIMAPOL), Departamento de Química,
Resumen. Con el objetivo de obtener nuevos materiales y contribuir en el estudio de materiales
ambientalmente amigables, en este trabajo un poliéster poliol altamente ramificado de segunda
generación (HBP2G) modificado con ácido poliláctico (PLA), fue empleado como un agente
compatibilizante en mezclas de almidón de yuca plastificado (TPS)/PLA. En todos los casos, las
cantidades de TPS y PLA fueron 50 % (P/P). La proporción del agente compatibilizante (HBP2G45)
empleada en las mezclas de TPS/PLA fueron 5 (HBP45-5), 10 (HBP45-10), 15 (HBP45-15) and 20 %
(P/P) (HBP45-20). El efecto de la cantidad de HBP2G45 en las propiedades estructurales, térmicas,
morfológicas, reológicas y mecánicas de las mezclas fue evaluada y comparadas con una mezcla de
TPS/PLA obtenida sin compatibilizante (control). La muestra control presentó más alto valor de torque
final que las mezclas obtenidas con el HBP2G45, lo cual indica que esta tiene u efecto plastificante en
las mezclas. Mediante análisis infrarrojo fue observado que las señales debidas a la absorción de los
grupos OH y carbonilo en las mezclas incrementó con la cantidad de HBP2G45. Mediante análisis de
calorimetría diferencial de barrido se evidenció que el incremento de la cantidad de HBP2G45, produjo
una reducción en la temperatura de transición vítrea de las mezclas. Solamente las muestras control,
HBP45-5 y HBP45-10 exhibieron una temperatura de fusión (T m). El porcentaje de cristalinidad, Tm y
la entalpia de fusión de la muestra control fueron superiores que aquellos de las mezclas HBP45-5 y
HBP45-10. Las mezclas HBP45-15 y HBP45-20 fueron completamente amorfas. La estabilidad
térmica de las mezclas, determinada por análisis termogravimétrico fue más baja que aquella de la
muestra control. Mediante análisis de difracción de rayos X, fue observado que los picos a 18.80 y
22.00° para las mezclas HBP45-5 and HBP45-10 redujeron su intensidad, pero desaparecieron para las
mezclas HBP45-15 and HBP45-20. El análisis de microscopia electrónica de barrido mostró que las
mezclas exhibieron una morfología más homogénea que la muestra control y la homogeneidad
incrementó con el contenido de HBP2G45. El análisis reológico fue realizado solamente para las
muestras HBP45-15 y HBP45-20. La viscosidad compleja (*) disminuyó con la frecuencia. Valores
de * de la muestra control fueron superiores que los de las mezclas HBP45-15 y HBP45-20. En todo
el rango de frecuencia estudiada, * fue más alto para la mezcla HBP45-15. El comportamiento
reológico exhibido por la muestra control fue principalmente elástico. Las mezclas HBP45-15 y
HBP45-20 mostraron dos transiciones, la primera de elástico a viscoso y la segunda de viscoso a
elástico. Éste comportamiento fue asignado a la formación de una microestructura, la cual es capaz de
deformarse elásticamente. Los análisis de tracción mostraron que el módulo ténsil de las mezclas
fueron inferiores al de la muestra control y este disminuyó con la cantidad de HBP2G45, el
comportamiento opuesto fue observado en elongación a la ruptura.
Abstract. With the aim of obtain new materials and contribute in the study of environmentally friendly
materials, in this work a hyperbranched polyester polyol of second generation (HBP2G) modified with
polylactic acid (PLA), was employed as compatibilizing agent in plasticized tapioca starch (TPS)/PLA
blends. In all cases, the quantities of TPS and PLA were 50 wt%. The proportion of the
compatibilizing agent (HBP2G45) employed in the TPS/PLA blends were 5 (HBP45-5), 10 (HBP4510), 15(HBP45-15) and 20 wt% (HBP45-20). The effect of the HBP2G45 amount on the structural,
thermal, morphological, rheological and mechanical properties of the blends was evaluated and
compared with a TPS/PLA blend obtained without compatibilizing (control). The sample control
presented higher final torque value than the blends obtained with the HBP2G45, which indicate that
this has an effect plasticizing in the blends. By infrared analysis was observed that the signals due to
absorption due to OH and carbonyl groups in the blends increased with the HBP2G45 amount. By
differential scanning calorimetric analysis was evidenced that the increasing of the HBP2G45 amount,
produced a reduction on the glass transition temperature of the blends. Only the samples control,
HBP45-5 and HBP45-10 exhibited a melting temperature (Tm). The crystallinity percent, Tm, and the
melting enthalpy of the sample control were higher than those of the HBP45-5 and HBP45-10 blends.
The HBP45-15 and HBP45-20 blends were completely amorphous. The thermal stability of the blends,
determinated by thermogravimetric analysis was lower than that of the sample control. By X ray
diffraction analysis, was observed that the peaks at 18.80 and 22.00° to the HBP45-5 and HBP45-10
blends reduced their intensity, but disappeared to the HBP45-15 and HBP45-20 blends. The scanning
electronic microscopy analysis shown that the blends exhibited a more homogeneous morphology that
the sample controls and the homogeneity increased with the HBP2G45 content. The rheological
analysis was done only to the HBP45-15 and HBP45-20 blends. The complex viscosity (*) decreased
with the frequency. * Values of the sample control were upper than those of the HBP45-15 and
HBP45-20 blends. In all frequency range studied, * was higher to the HBP45-15 blend. The
rheological behavior exhibited by sample control was mainly elastic. The HBP45-15 and HBP45-20
blends showed two transitions, the first from elastic to viscous and the second from viscous to elastic.
This behavior was assigned to the formation of a microstructure, which is capable of elastically
deform. The tensile analyses showed that the tensile modulus of the blends was lower than that of the
control sample, and this decreased with the HBP2G45 amount, the opposite behavior was observed on
elongation a break.
Síntesis y caracterización de la perovskita La 0,95Sr0,05CrO3
Synthesis and characterization of a La0.95Sr0.05CrO3 perovskite
O C Vergara-Estupiñan1, J A Gómez-Cuaspud and E Vera-López2
1
Facultad de Ciencias. Grupo Desarrollo y Aplicaciones de Nuevos Materiales (DANUM),
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia.
2
Instituto para la Investigación e Innovación en Ciencia y Tecnología de Materiales
(INCITEMA), Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. El presente trabajo investiga la síntesis y la caracterización de una material tipo perovskita
basado en el sistema La0,95Sr0,05CrO3, mediante el método de polimerización-combustión utilizando
ácido cítrico para la conformación de especies intermedias tipo citrato, que evolucionan en función de
la temperatura hasta la consolidación de la fase cristalina buscada. La caracterización del precursor
metalorgánico se realizó por análisis térmicos gravimétricos y diferenciales (TGA-DTA), con el fin de
establecer una temperatura ideal de consolidación de la fase cristalina buscada. Los análisis de
difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM), fluorescencia de rayos X
por microsonda (EDX) y análisis de área superficial (BET), se realizaron sobre el material cerámico
calcinado y revelaron la obtención de una estructura cristalina de tipo ortorrómbica con grupo espacial
Pnma (62), con un tamaño de cristalito de aproximadamente 20nm haciendo uso de las señales más
intensas del difractograma. De igual forma los análisis derivados de la microscopía electrónica de
transmisión revelan que el material está conformado por agregados del orden nanométrico con una
serie de propiedades texturales y morfológicas específicas para eventual aplicación a nivel catalítico
que guardan una estrecha relación con los datos derivados de la medida del área superficial.
Finalmente, la valoración de la composición mediante el análisis de fluorescencia de rayos X, permitió
determinar que el control en la composición es uno de los parámetros claves en este proceso de síntesis
por una ruta de química húmeda.
Abstract. Present work study the synthesis and characterization of a perovskite type material based in
the system La0,95Sr0,05CrO3, by polymerization-combustion method using acid citric for conformation
of intermediate species citrate type, that evolve in function of the temperature until the consolidation of
sought crystalline phase. The characterization of metalorganic precursor was performed by thermal
gravimetric and differential analysis (TGA-DTA), with the aim to establish a ideal temperature of
sought the crystalline phase. The analysis of X-ray diffraction (XRD), transmission electron
microscopy (TEM), X-ray fluorescence by microprobe (EDX) and surface area analysis (BET), were
performed on ceramic material calcined and this revealed the obtaining of a crystal structure
orthorhombic type with space group Pnma (62), with a crystallite size of about 20nm using the most
intense signals of X-ray pattern. Similarly, the analysis derived from transmission electron microscopy
revealed that the material is composed of aggregates of nanometer range with a series of textural
properties and specific morphological for eventual application to catalytic level having a relationship
high with data derived from the measurement of the surface area. Finally, the evaluation of the
composition by XRF analysis, revealed that in the composition control is one of key parameters in the
process of synthesis by a wet chemical route.
Efecto de la sulfonación y la adicion de dietanolamina en el
copolímero de SEPS para separar dióxido de carbono
Effect of sulfonation and diethanolamine in copolymer SEPS to
separate carbon dioxide
D Patiño-Ruiz1, E Correa-Ordoñez1 and M Acevedo-Morantes1
1
Department of Chemical Engineering, University of Cartagena, Cartagena, Colombia
Resumen. El problema ambiental causado por el calentamiento global ha ido incrementando en los
últimos años considerablemente, debido a las altas cantidades de emisiones de gases de efecto
invernadero de las distintas industrias químicas. Se han realizado múltiples estudios para solucionar
esta problemática, como aplicaciones de membranas poliméricas para disminuir las emisiones de gases
de efecto invernadero, en especial de dióxido de carbono. En este trabajo se evaluó la capacidad de las
membranas del copolimero de bloque de Estireno-Etileno-Propileno-Estireno (SEPS) sulfonado y
funcionalizado con dietanolamina al 5, 15 y 30% en peso, para separar dióxido de carbono. Las
membranas poliméricas fueron caracterizadas en sus propiedades mecánicas y fisicoquímicas. Análisis
de FTIR, XRD, ensayos de contenido de agua, hidrofobicidad y porcentaje de porosidad fueron
realizados. La propiedad de permeación de gas fue determinada mediante análisis SEM y la ecuación
de difusión de Knudsen. La membrana sulfonada-cargada al 15% con dietanolamina presentó mejor
permeabilidad y selectividad al dióxido de carbono, alrededor de 6.85*10 -6 mol/m2 s Pa y 1.66,
respectivamente, comparado con el resto de las membranas, e incluso los resultados son superiores a
los encontrados en referencias bibliográficas, lo que le permite ser considerada como opción para la
separación de dióxido de carbono.
Abstract. The environmental problem caused by global warming has gone increasing considerably in
recent year, due to high amounts of emissions of greenhouse gases in the world, which are generated
by different chemical industries, especially. The solutions to this issue are a priority. For this reason,
the applications with membrane technology have been developed using polymeric materials, between
others. This advance technology do not produced adverse effects and its economic viability is
achievable. In this research project was evaluated the physical and chemical properties of the obtained
membranes based on a sulfonated block copolymer of Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene (SEPS)
and it functionalized with diethanolamine at 5, 15 and 30% by weight, considering for separating
carbon dioxide. The obtained samples were submitted to different characterizations for evaluating their
mechanical and physicochemical properties. Gas permeation was determinated by SEM analysis and
Knudsen diffusion equation. The sulfonated-loaded membrane with 15% of diethanolamine presented
higher permeability and selectivity to the carbon dioxide, around 6.85*10 -6 mol/m2 s Pa y 1.66,
respectively, compared to the rest of the membranas, the result were even higher to the literature
found, allowing to consider it as option for separating carbon dioxide.
Sistemas bidimensionales similares al grafeno. Un análisis teórico
Two-dimensional systems beyond of graphene. A theoretical
approach
A M Rojas-Cuervo1, K M Fonseca-Romero1 and R R Rey-González1
1
Resumen. El auge de las investigaciones sobre las propiedades físicas y químicas del grafeno, han
promovido el estudio de materiales recientemente sintetizados como el siliceno y germaneno. Al igual
que su antecesor son atractivos para la academia y la industria, por sus múltples aplicaciones en la vida
cotidiana que se vislumbran, además de la posibilidad de generar nuevo conocimiento debido a que
muchos comportamientos físicos carecen de explicación con nuestra física actual. En este trabajo
teórico se emplea el programa SIESTA, fundamentado en la teoria de la densidad funcional, con la
aproximación de gradiente generalizado, el funcional Perdew-Burke-Ernzerhof y la optimización de
los pseudopotenciales. Se calculan las energías de cohesión, parámetros de red, densidad de carga y
estructura de bandas de energía para estas nanoestructuras. Los resultados muestran que estos sistemas
son estables químicamente y presentan los Conos de Dirac en la relación de dispersión electrónica.
Abstract. The rise of research on the physical and chemical properties of graphene, have promoted the
study of newly synthesized materials as silicene and germanene. In similar way that graphene, these
materials are attractive for research and industry due to multiple potentialities of applications in daily
life that are looming, in addition to possibilities of generate new knowledge because many physical
behaviours lack explanation with our current physics. In this theoretical work are calculated cohesive
energies, lattice parameters, charge density and energy band structure for these nanostructures, using
the Density Functional Theory implementation in the SIESTA code, into the generalized gradient
approximation, with a functional Perdew-Burke-Ernzerhof and optimized pseudopotentials. Results
show that these systems are chemically stable and also present Dirac Cones in the electronic dispersion
relation.
Dependencia configuracional de la interacción de la molécula de
agua con el grafeno
Configurational dependence
molecule and graphene
of
interaction
between
water
A M Rojas-Cuervo1 and R R Rey-González1
1
Resumen. El agua, un recurso vital para la vida ha sido contaminada vertiginosamente en gran parte
de la Tierra a través de los años. Las actividades industriales y en general de la humanidad, ocasionan
que se viertan diariamente sustancias nocivas en las fuentes superficiales como en las subterráneas. La
nanociencia y nanotecnología como áreas multidisciplinares pueden ofrecer a partir de las
investigaciones teóricas y experimentales, algunas alternativas futuras para tratar este delicado
problema. El principal interés de este trabajo teórico es analizar una nanoestructura como posible
candidato a futuro para el diseño de filtros moleculares. En este caso se estudia la interacción de la
molécula de agua con el grafeno, específicamente se presentan los resultados de la energía de
interacción en función de la distancia de la molécula y la monocapa hexagonal. Los cálculos se
realizan mediante el programa SIESTA, fundamentado en la teoria del densidad funcional en con la
aproximación de gradiente generalizado, el funcional Perdew-Burke-Ernzerhof y la optimización de
los pseudopotenciales.
Abstract. The water, a resources vital for life has been contaminated very rapidly in great part of
Tierra through of years. The industrial activities and general of humanity, cause that superficial and
subterranean sources are contaminated with damaging substance. The nanoscience and nanotechnology
are multidisciplinary areas that can offer of its theoretical and experimental researches some futures
alternatives of solution for treat this problem. The principal interest of this theoretical work, is analyze
a nanostructure that can be a candidate optimal in the molecule sieves design. In this case is study
water molecule interactions with graphene, specifically is present results of the interaction energy in
function distance between molecule and hexagonal monolayer. Calculations are obtained by means of
the SIESTA code, this is based in density functional theory with generalized gradient approximation,
functional Perdew-Burke-Ernzerhof and optimization of pseudopotentials.
Aplicaciones del Plasma y Tecnologías - PAT
Plasma Applications and Technologies – PAT
Presencia de nitrato NO3 afecta la producción animal
Presence of nitrate NO3 affects animal production
H Barba-Molina1, J Barba-Ortega2 and M R Joya2
1
Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad Cooperativa de Colombia, Bucaramanga,
Colombia
2
Grupo de Física Mesoscópica, Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia,
Bogotá, Colombia
Resumen. Los agricultores y ganaderos dependen de la combinación exitosa del ganado y los cultivos.
Sin embargo, han perdido en la producción debido a la contaminación por nitratos. La intoxicación por
nitratos en el ganado, es causada por el consumo de una cantidad excesiva de nitrato o nitrito en el
pastoreo o agua. Los seres humanos y el ganado pueden verse afectados por el consumo de NO 3. Al
parecer, pastos bien fertilizados pueden tomar el nitrógeno del suelo y almacenarlo en forma de nitrato
en la hoja. Las condiciones climáticas favorecen la asimilación de nitrato. Intoxicación por nitrato, es
una enfermedad no infecciosa que afecta a los rumiantes domésticos. Este, es un problema grave, a
menudo puede resultar en la muerte de muchos animales. Cuando se utilizan los fertilizantes de
nitrógeno para enriquecer los suelos, los nitratos pueden ser transportados por la lluvia, aguas de riego
y otras aguas superficiales a través del suelo se lleva a las agua subterráneas. Los desechos humanos y
animales también pueden contribuir a la contaminación por nitratos en dichas aguas. Un posible
método para descontaminar aguas, contaminadas por nitratos es por medio de los métodos de
fabricación de nanopartículas de hierro cero valente (FeNps) que se han encontrado eficientes en la
remoción de nitratos en el agua.
Abstract. Farmers and ranchers depend on the successful combination of livestock and crops.
However, they have lost in the production by nitrate pollution. Nitrate poisoning in cattle is caused by
the consumption of an excessive amount of nitrate or nitrite from grazing or water. Both humans and
livestock can be affected. It would appear that well fertilised pasture seems to take up nitrogen from
the soil and store it as nitrate in the leaf. Climatic conditions, favour the uptake of nitrate. Nitrate
poisoning is a noninfectious disease condition that affects domestic ruminants. It is a serious problem,
often resulting in the death of many animals. When nitrogen fertilizers are used to enrich soils, nitrates
may be carried by rain, irrigation and other surface waters through the soil into ground water. Human
and animal wastes can also contribute to nitrate contamination of ground water. A possible method to
decontaminate polluted water by nitrates is with methods of fabrication of zero valent iron
nanoparticles (FeNps) are found to affect their efﬁciency in nitrate removal from water.
Alúmina y cuarzo como dieléctricos en un sistema de descargas de
barrera de dieléctrico DBD para hidrogenación del CO2
Alumina and quartz as dielectrics in a dielectric barrier
discharges DBD system for CO2 hydrogenation
E Mora1, A Sarmiento1 and E Vera1
1
Resumen. En este trabajo fue estudiado el tratamiento del dióxido de carbono CO2, el cual es un gas
contaminante y causante principal del calentamiento global. Para este propósito se generó plasma,
mediante descargas de barrera dieléctrica DBD, usando hidrogeno H2 junto con el CO2 como gases de
reacción. Se utilizaron como dieléctricos tubos de alumina y cuarzo de la misma geometría. Se estudió
la conversión del CO2 en función de la composición de la mezcla CO2 + H2, de la potencia eléctrica y
de la frecuencia de operación, fijando 3 flujos de gas diferentes; cambiar el flujo de gas permitió hacer
el análisis de la conversión en función del tiempo de residencia. En todos los casos se consiguió
mejores niveles de conversión con la alumina; lo anterior se debe a que la alúmina tiene un coeficiente
de permitividad dieléctrica relativa más alta que la del cuarzo; al ser la capacitancia mayor en la
alúmina, la reactancia capacitiva es menor y con ello mayor facilidad de suministro de energía al gas.
Como resultado de la conversión del CO2 en las reacciones químicas, agua H2O y gas metano CH4
fueron identificados. El porcentaje de conversión del CO2 a las condiciones de trabajo fijadas, se
incrementó al disminuir la cantidad del mismo en la mezcla, al aumentar la potencia eléctrica activa
suministrada y al disminuir la frecuencia eléctrica de operación.
Abstract. In this work was studied the CO2 carbon dioxide treatment, which is a pollutant gas and the
main cause of global warming. For this aim, plasma was generated, through dielectric barrier
discharges DBD, using hydrogen H2 together with the CO2 as reaction gases. There were used as
dielectrics, alumina and quartz tubes of identical geometry. It was studied the CO2 conversion as a
function of mixture composition CO2 + H2, of the electrical power and the operation frequency, for
three different gas flows; changes of the gas flow allowed to analyze the CO2 conversion in function of
residence time. In all cases it was achieved better conversion levels with the alumina. This is because
the alumina has a relative dielectric permittivity coefficient higher than the quartz. As the capacitance
is higher in the alumina, the capacitive reactance is lower, therefore is easier to deliver power to
gaseous mixture. As CO2 conversion results in the chemical reactions, water H2O and methane gas
CH4 were identified. The CO2 conversion percentage to fixed work conditions was higher with the
decrease of the quantity of this gas in the mixture, with the increase of the active electrical power, and
with decrease of the operation electrical frequency.
Evaluación de la rigidez y la fricción de Ti 6Al4V ELI nitrurado
por descarga intensa de plasma
Evaluation of the strength and friction of nitrided Ti 6Al4V ELI by
intense discharge plasma
J Rojas1, H Estupiñán2 and D Y Peña1
1
2
Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia
Resumen. En este estudio se realizó una evaluación del endurecimiento elástico-plástico sobre la
superficie de Ti6Al4V ELI con películas de nitruro de titanio obtenidas por el método descarga intensa
de plasma, mediante ensayos de nanoindentación de acuerdo a la norma ISO14577. También se
evaluaron las propiedades nanotribológicas (metal-metal) utilizando el sistema pin sobre disco en la
superficie de Ti6Al4V ELI con deposición de nitrógeno, obteniendo una correlación entre el
coeficiente de fricción de Ti6Al4V ELI con tratamiento por PVD y el módulo de Young del respectivo
sustrato modificado por PVD. Para la caracterización del sustrato, se realizaron pruebas de
microscopia electrónica de barrido, microscopia de fuerza atómica y difracción de rayos X y ángulo de
contacto. Los resultados demostraron que los sustratos nitrurados mejoraron sus propiedades
mecánicas y tribológicas, dureza, módulo de Young y coeficiente de fricción, haciendo que la aleación
Ti6Al4V ELI soporte cargas axiales de tensión y compresión.
Abstract. In this study, an evaluation of the elastic-plastic surface hardening on Ti6Al4V ELI titanium
nitride films obtained by the intense plasma discharge method was carried out by nanoindentation tests
according to the standard ISO14577. The nanotribológicas properties (metal-metal) were also
evaluated using the pin-on-disc system Ti6Al4V surface deposition ELI with nitrogen, obtaining a
correlation between the coefficient of friction of Ti6Al4V ELI treated by PVD and the Young's
modulus of the respective substrate modified by PVD. To characterize the substrate for the
characterization tests, scanning electron microscopy, atomic force microscopy and X-ray diffraction
and contact angle were carried out. The results demonstrated that the substrates nitrided improved
mechanical and tribological properties, hardness, Young's modulus and coefficient of friction, making
the alloy Ti6Al4V ELI support axial loads in tension and compression.
Simulación del campo magnético producido por hilos con
corrientes estacionarias e imanes com magnetización constante
aplicado a las trampas magnéticas tipo espejo, mínimo-B y cero-B
Simulation of the magnetic field produced by wires with stationary
current and magnets with constant magnetization applied to
magnetic mirror traps, mínimum-B and zero-B
M T Murillo-Acevedo1,2 and O Otero-Olarte1
1
2
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Santo Tomas, Bucaramanga, Colombia
Resumen. Como un aporte a la simulación computacional del confinamiento magnético y
calentamiento de plasmas RCE (Resonancia Ciclotrónica Electrónica), este trabajo está dedicado al
cálculo y posterior análisis de los campos magnéticos generados por bobinas e imanes permanentes
requeridos en trampas magnéticas, entre las cuales podemos mencionar la tipo espejo, mínimo - B y
cero - B. Para ello se resuelve numéricamente la ecuación de Biot Savart en el caso de las bobinas con
corriente estacionaria y la ley de Ampere para el caso de los imanes permanentes. El estudio incluye la
caracterización de las zonas RCE, así como la visualización del campo vectorial en las trampas
magnéticas previamente mencionadas. Adicionalmente, en el caso de las trampas tipo espejo y mínimo
- B, se determina la razón de espejo, dada la importancia de esta cantidad en la descripción del
confinamiento.
Abstract. As a contribution to the computational simulation of magnetic confinement and heating of
plasmas ECR (Electron Cyclotron Resonance), this work is dedicated to the calculation and subsequent
analysis of the magnetic fields generated by permanent magnets and coils required in magnetic traps
among which we can mention the mirror trap, minimum-B and zero - B. To do this, we solved
numerically the Biot-Savart law in the case of the coils with stationary current and the Ampere law in
the case of the permanent magnets. The study includes the characterization of the ECR areas as well as
the display of the vector field, all of this applied to the magnetic traps mentioned above. Additionally,
in the case of the mirror type trap and minimum-B trap, the ratio of the mirror is determined, because it
is important in the description of confinement.
Calculo analítico del campo magnético producido por una
configuración magnética multipolar
Analytical magnetic field calculation to multipole magnetic field
configuration
M T Murillo-Acevedo1, 2, V D Dugar-Zhabon1 and O Otero-Olarte1
1
2
Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Santo Tomas, Bucaramanga, Colombia
Resumen. El campo magnetostático producido por un iman en forma de paralelepípedo, el cual puede
rotar alrededor de un eje, es el primer paso para determinar por completo el campo producido por una
configuración multipolar. Estos sistemas magnéticos son usados en fuentes de iones, los cuales son
calentados por resonancia ciclotrónica electrónica. En el presente trabajo, deducimos las expresiones
analíticas necesarias para obtener el campo magnético afuera del volumen que ocupa el imán. Para
modelar el imán, consideramos un vector de magnetización constante al interior del mismo, por lo
tanto podemos aplicar el método del potencial escalar. Aprovechando estos resultados, construimos un
sistema hexapolar, para el cual calculamos las componentes del campo magnético en la región de
confinamiento, adicionalmente presentamos varias gráficas que incluyen las direcciones y el gradiente
de magnitud del campo, permitiendo un mejor entendimiento del sistema de confinamiento. Estos
resultados son confrontados con datos experimentales, con el proposito de verificar su validez. Las
expresiones obtenidas, son muy útiles en la investigación del confinamiento magnético en fuentes de
iones mediante simulaciones computacionales.
Abstract. The magneto-statics field from a parallelepiped magnet, which rotates of an axis, is the first
step to find the whole magnetic field in a multipolar configuration. This configuration is used in the
ion sources, which are heated by electron cyclotron resonance. In this paper, we present the analytical
formulas to calculate this magnetic field outside from the volume of the magnet. To modelling the
magnet, we considered a constant magnetization vector inside of the magnet volume. Therefore, the
magnetic scalar potential method can be used. Taking advantage of these results, we built a hexapole
system, their magnetic field components are calculated on confinement region, several graphics are
showed with directions and magnitudes gradient from magnetic field to have a better understanding of
the confinement system. The results are confronted with experimental results. These formulas are very
useful in plasma magnetic confinement research in ion sources through computational simulations.
Diseño de una fuente de potencia cc generadora de arcos catódicos
pulsados en vacío
Design a power system DC generating arc cathode pulsed in
vacuum
D F Devia1, E Restrepo1, A F Echeverry1 and P Arango1
1
Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia
Resumen. Se presenta un diseño de un sistema de potencia utilizado en el procesamiento de materiales
mediante la técnica de deposicion física vapor (PVD). La generacion de arcos catódicos en vacío se
hace posible por la sincronizacion en la activación de un convertidor trifasico CA/CC y una fuente
trigger. El control del convertidor se hace mediante una modulación de ancho de pulso (PWM) y el
disparo del trigger se controla mediante un transistor conectado en serie al devanado del primario de
un autotransformador elevador. Se presentan los calculos matematicos para el dimensionamiento de los
principales dispositivos implementados, y los oscilogramas de tensión y corriente en el momento que
se produce la descarga eléctrica a baja presión.
Abstract. A design of a power system used in processing materials by physical vapour deposition
(PVD) is presented. The generation of vacuum arc cathode is possible by the synchronization in the
activation of a three-phase converter AC / DC and a trigger source. Control of converter is done
through a pulse width modulation (PWM) and the firing trigger is controlled by a transistor connected
in series with the primary winding of an elevator autotransformer. The mathematical calculations for
sizing the main deployed devices, and voltage and current waveforms when the discharge occurs at
low pressure are presented.
Desarrollo de una nueva metodología de sinterzación por medio de
descarga luminiscente anormal para la fabricación de compuestos
de matriz metálica
Development of a new methodology of sintering by abnormal glow
discharge for the manufacture of metal matrix composites
S Pérez-Velásquez1, Y Pineda-Triana1 and A Sarmiento-Santos1
1
Resumen. En el presente estudio se muestra un análisis del comportamiento frente al desgaste de
compuestos de matriz metálica (MMC) constituidos por acero 316 reforzado con carburo de titanio
(TiC), de acuerdo con la norma ASTM G 99, en un tribómetro pin-on-disk. Se evalúa el efecto que
tiene el porcentaje de refuerzo (3, 6 y 9%) y la temperatura de sinterización (1100 y 1200°C),
alcanzada por medio de descarga luminiscente anormal, con atmósfera de protección de H2 – N2, y
tiempo de permanencia de 30 minutos. Como resultado de la investigación se evidencia que el mejor
comportamiento frente al desgaste se obtiene cuando el MMC contiene 6% de TiC y es sinterizado a
1200°C ± 5 ºC. Bajo estos parámetros se consigue la mayor dureza y el menor coeficiente de fricción,
garantizando que la incorporación de partículas de cerámica (TiC) en matriz de acero austenítico 316
presentan mejoras significativas en la resistencia al desgaste. Así mismo, se demuestra que si es
posible sinterizar mediante el empleo de descarga luminiscente anormal este tipo de materiales, siendo
un método novedoso y eficaz con el que se alcanza la temperatura de trabajo en corto tiempo.
Abstract. This research presents an analysis of the coefficient behavior of the dry wear of a metal
matrix composite (MMC) in stainless steel 316 reinforced with particles of Titanium Carbide (TiC)
according to ASTM G 99 standard, in a pin-on-disck tribo meter. Evaluates the effect that has the
percentage of reinforcement (3, 6 and 9%) and the sintering temperature (1100 and 1200 ° C), reached
by abnormal glow discharge, with a protection atmosphere H2 – N2 and a permanence time of 30
minutes. This research has demonstrated that the best wear behavior is obtained is obtained when the
MMC containing 6% TiC and is sintered at 1200 ° C ± 5 ° C. Under these parameters is achieved
greater hardness and lower coefficient of friction, guaranteeing that the incorporation of ceramic
particles (TiC) in a matrix of austenitic steel (316) shows significant improvements in wear resistance.
It also shows that if possible by using sintered abnormal glow discharge such materials, being a novel
and effective method in which the working temperature is reached in a short time.
Efecto de la sinterización en descarga luminiscente en las
propiedades de un material compuesto fabricado por
pulvimetalúrgia
Effect of glow discharge sintering in the properties of a composite
material fabricated by powder metallurgy
A Cardenas1, Y Pineda1, A Sarmiento1 and O Pardo1
1
Resumen. Se fabricaron por metalurgia de polvos, muestras de material compuesto de acero
inoxidable 316 y SiC. Los materiales en polvo fueron mezclados en diferentes proporciones y
compactados a 700 MPa. La sinterización se realizó por plasma o descarga luminiscente anormal de
corriente continua en atmósfera inerte de argón. El proceso fue realizado a una temperatura de
1200°C±5°C con una velocidad de calentamiento de 100°/min. A través de este trabajo se muestra la
efectividad del proceso de sinterización por plasma para generar los primeros contactos entre partículas
y disminuir las vacancias, resultados confirmados con la determinación de la densidad en verde y
sinterizada. La observación de la porosidad mostró la disminución de poros una vez realizada la
sinterización por plasma. Los resultados de característica macroporosa de las muestras de estudio a
través de resultados obtenidos por el método BET y por microscopia óptica. Los resultados de las
pruebas de desgaste pin-disk mostraron los mecanismos de desgaste de las muestras, observando que
en los mayores contenidos de SiC el decremento en esta propiedad, debido a la deficiente interacción
matriz refuerzo y a la porosidad.
Abstract. Were produced by powder metallurgy, samples composite of 316 stainless steel and SiC.
The powder materials were mixed in different proportions and compacted to 700 MPa. Sintering was
performed by abnormal glow discharge of direct current or plasma in an inert atmosphere of argon.
The process was conducted at a temperature of 1200 ° C ± 5 ° C with a heating rate of 100 ° / min. this
work shown Through the effectiveness of the sintering process is by plasma to generate the first
contacts between particles and reduce vacancies, results confirmed the determination of the green and
sintered density. The observation showed decreasing porosity after the plasma sintering. The results of
characteristics macroporosity of samples was determined using results obtained by the BET method
and by microscopy, the results of wear tests showed the wear mechanisms, noting that at higher SiC
content, the property decreases, due to poor interaction matrix- reinforcements and porosity.
Estudio mediante diversas técnicas espectroscópicas de asfaltenos
fraccionados por cromatografía de capa fina (TLC)
Study through different spectroscopic techniques of asphaltenes
fractionated by thin-layer chromatography (TLC)
X Calderón1, M. Pinto1, E Mejía-Ospino1 and R Cabanzo1
1
Resumen. Los asfaltenos son moléculas complejas derivadas de materiales carbonosos, tales como
petróleo o carbón y son solubles en benceno e insoluble en n-alcanos de bajo peso molecular. En el
petróleo, forman un sistema coloidal, llevando una carga intrínseca que puede ser positiva o negativa
dependiendo de la composición del crudo. Estructuralmente, sin embargo, los asfaltenos son todavía
significativamente desconocidos. En el presente trabajo, se reporta la preparación y el análisis de
asfaltenos obtenidos del depósito de crudo liviano de “Campo Colorado”, el cual está localizado
geográficamente en el Municipio de San Vicente de Chucurí, Santander (Colombia). Los asfaltenos se
obtuvieron conforme a la norma ASTM D6560-12, y separados por cromatografía en capa fina (TLC).
Las fracciones se estudiaron mediante espectroscopia Raman, espectroscopia de reflactancia difusa y
espectrometría de masas (LDI -TOF/TOF). Los resultados muestran que la cromatografía en capa fina
(TLC) es una técnica rápida, eficaz y un método de bajo costo con el potencial de convertirse en una
herramienta importante para el uso en análisis semi-cuantitativo cuando se combina con otras técnicas
espectroscópicas.
Abstract. Asphaltenes are complex molecules derived from carbonaceous materials such as crude oil
or coal and are soluble in benzene and insoluble in low-molecular-weight n-alkanes. In crude oil, they
form a colloidal system, carrying an intrinsic charge that may be positive or negative depending on the
composition of the oil. Structurally, however, asphaltenes are still a significant unknown. In the
present work, we reported the preparation and analysis of asphaltenes obtained of the deposit of light
crude “Campo Colorado", which is located geographically in the Municipality of San Vicente de
Chucurí, Santander (Colombia). Asphaltenes were obtained according to ASTM D6560-12 standard
and separated by thin layer chromatography (TLC). The fractions were studied by Raman
spectroscopy, diffuse reflectance spectroscopy and mass spectrometry (LDI -TOF / TOF). The results
show that the thin layer chromatography (TLC) is a rapid, effective and inexpensive method with the
potential of becoming a major tool for use in the semi-quantitative analysis when coupled to other
spectroscopic techniques.
Comportamiento temporal de plasmas láser de amalgamas
dentales a partir de la evolución de sus parámetros característicos
Temporal behavior of laser plasmas dental amalgam from the
evolution of its characteristic parameters
E Castellon1, P Pacheco1, J Álvarez1, F Bredice3 and R Sarmiento1
1
Grupo de Espectroscopia Óptica de Emisión y Láser (GEOEL), Universidad del Atlántico,
2
Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp), Argentina
Resumen. Presentamos resultados del estudio de espectros resueltos en tiempo de plasmas de
amalgamas dentales en la región de 200 nm a 900 nm usando la técnica Láser-Induced Plasma
Spectroscopy (LIPS). Los plasmas fueron generados con pulsos láser de 70 mJ, a 532 nm y de 4 ns.
Los espectros de la radiación de los plasmas fueron adquiridos con un espectrógrafo Echelle acoplado
a una cámara ICCD. Las amalgamas dentales fueron preparadas en concentraciones de Hg en la matriz
de Ag-Cu-Sn (1:1, 3:2, 2:1, 5:2 y 6:3). Los espectros de las concentraciones fueron registrados con
tiempos de retardo respecto al inicio del pulso láser desde 250 ns hasta 1450 ns con incrementos de
100 ns. El análisis espectral a distintos retardos permitió identificar líneas prominentes de Hg I, Ag I,
Cu I y Sn I. Se estudió la evolución temporal de los plasmas en las distintas concentraciones, a partir
de la evolución de sus parámetros característicos como temperatura y densidad electrónica. Los
cálculos y comportamiento gráfico muestran una variación en la intensidad de las líneas de Hg I en
función de su concentración y por tanto de los parámetros del plasma. Los resultados demuestran
que los plasmas generados en estas condiciones se encuentran en equilibrio termodinámico local
durante los tiempos de adquisición de sus espectros.
Abstract. We present results of the time resolved spectra of plasmas of dental amalgam in the region
of 200 nm to 900 nm using Laser-Induced Plasma Spectroscopy technique (LIPS). Plasmas were
generated with 70 mJ laser pulses at 532 nm and 4 ns. The radiation spectra of plasmas were acquired
with an Echelle spectrograph coupled to an ICCD camera. Dental amalgams were prepared at
concentrations of Hg in the matrix of Ag-Cu-Sn (1: 1, 3: 2, 2: 1, 5: 2 and 6: 3). Concentrations spectra
were recorded with time delays to the start of laser pulse from 250 ns to 1450 ns to 100 ns increments.
Spectral analysis at different delays allowed identify prominent lines of Hg I, Ag I, Cu and Sn I. The
temporal evolution of plasmas was studied at different concentrations, from the evolution of their
characteristic parameters such as temperature and electron density. Graphic behavior and calculations
show a variation in intensity of the lines of Hg I depending on their concentration and therefore of the
plasma parameters. The results demonstrate that plasmas generated under these conditions are local
thermal equilibrium during the time of acquisition of spectra.
Estudio de la incidencia de la temperatura durante la sinterización
por plasma de cerámicos superconductores tipo YBa2Cu3O7-δ
Study of temperature incidence during plasma sintering step of
the ceramic YBa2Cu3O7-δ superconductor
E Y Soto-Gómez1, A Sarmiento-Santos2 and C A Parra-Vargas2
1
Fundación Universitaria Internacional del Trópico Americano, Yopal, Casanare, Colombia
2
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia
Resumen. Se realizó un estudio del comportamiento del proceso de sinterización por plasma en
función de la temperatura de muestras de cerámica de YBa2Cu3O7-δ tomando como referente una
muestra sintetizada por horno resistivo, estas se analizaron por difracción de rayos X y pruebas
magnéticas para verificar su comportamiento superconductor. Las temperaturas fueron de 600 ºC, 700
ºC y 800 ºC variando el tiempo de sinterización de 30 a 90 minutos. Este estudio se realizó con el
objetivo de optimizar el tiempo de sinterización para este tipo de cerámica y observar si existen
mejoras en sus propiedades físicas al ser tratadas por plasma. En los resultados se observa que
muestras sinterizadas en aire a temperatura de 600ºC revelan un comportamiento superconductor.
Abstract. It was studied the behavior of the process plasma sintering in function of the temperature of
the ceramic type YBa2Cu3O7-δ taken as concerning a sample of the them, but sintered by a resistive
oven, these were analyzed by XRD and magnetic tests for to verify its superconductor behavior. The
temperatures ranges were 600ºC, 700ºC y 800ºC varying the sintering time of 30 to 90 minutes. This
study was held with propose to reduce the time of sintering in this type of ceramic and it was observed,
if there exists improvements in the properties of the sample. The first results obtained from this
samples plasma sintering in air at a temperature of 600ºC show a superconductor behavior.
Plasmas de fusión nuclear: operación remota del tokamak
GOLEM
Plasmas and nuclear fusion: remote operation of the GOLEM
L Vera1, J Stockel1 and V Svoboda1
1
Institute of Plasma Physics, Association EURATOM/IPP.CR, Prague, Czech Republic
Resumen. La investigación en fusión nuclear usa campos magnéticos para confinar el plasma durante
el tiempo suficiente para producir energía. El tokamak es un dispositivo experimental que puede
generar campos magnéticos usando bobinas magnéticas y corriente del plasma como una de las más
prometedoras configuraciones para un reactor nuclear. Sin embargo, diferentes problemas deben ser
resueltos para lograr un alto rendimiento de los plasmas en un reactor de fusión nuclear. Problemas
como la interacción del plasma y los materiales del reactor, el calentamiento, la estabilidad del plasma,
el equilibrio y la forma de la columna del plasma, son desafíos que necesitan esfuerzos científicos y
tecnológicos para demostrar la viabilidad de la planta de fusión nuclear a gran escala: el proyecto
científico ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional). Tokamak COMPASS en el
Instituto de Física del Plasma y tokamak GOLEM en la Universidad Técnica de Praga (CTU), fueron
usados para obtener descargas de plasma y estudiar algunas inestabilidades en el plasma. La
posibilidad de hacer operación remota en el tokamak GOLEM es una oportunidad única para
diferentes grupos alrededor del mundo para operar y controlar los parámetros en las descargas de
plasma y hacer diagnóstico del plasma.
Abstract. Nuclear fusion research uses the magnetic fields to confine the plasma during enough time
to produce energy. The tokamak is an experimental device that can generates magnetic fields using
magnetic coils and plasma current as one of the most promising configuration for a nuclear reactor.
However, different problems should to be solved to achieve high performance of the plasmas in a
nuclear fusion reactor. Such issues as the plasma-material interactions, the heating, the stability of
plasma, the equilibrium and the shape of the plasma column, are challenges that need scientific and
technological efforts to demonstrate the viability of the nuclear fusion plant in the large-scale:
scientific project ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). COMPASS tokamak at
the Institute of Plasma Physics and GOLEM tokamak at the Czech technical University (CTU) in
Prague, were used for obtain plasma discharges and to study some instabilities in the plasma. The
possibility to make remote operation on GOLEM tokamak is an unique opportunity for different
groups around the world to operate and choose the control parameters in the plasma discharges and
make plasma diagnostic.
Energías Renovables - RE
Renewable Energy – RE
Diseño de una pila de combustible para producir una diferencia de
potencial de 24 voltios
Design of a fuel cell to produce a potential difference of 24 volts
D L Plata-Prada1, D M Latorre-Esparza1, D Barreneche1 and A D Martínez1,2
1
Grupo de Nuevas Tecnologías, Ingeniería Industrial, Universidad de Santander,
2
Resumen. La contaminación atmosférica y la dependencia de los combustibles fósiles han llevado a la
humanidad a la búsqueda de fuentes de energía limpias, se plantea como solución el hidrógeno, siendo
un combustible diseñado para permitir un abastecimiento continuo donde muestra el desarrollo de una
nueva tecnología como son las celdas de combustible a base de hidrógeno. Se realizó un estudio del
funcionamiento del tipo de pila de combustible PEM, se detallaron los diferentes factores a tener en
cuenta para su posterior diseño basándonos en las ecuaciones de la termodinámica como calculos de
entalpia, energía libre de Gibss entre otras; Se determinó la cantidad de “stacks” o celdas que en este
caso se necesitaron 45 para que la pila de combustible de teóricamente una diferencia de potencial de
24V. Se establecieron parámetros como la potencia eléctrica producida por la celda, el voltaje de salida
que va a producir la pila, la eficiencia de cada celda que aproximadamente va hacer de un 45% y el
flujo de oxígeno y de hidrógeno, se llevó acabo el diseño de la pila donde se puede visualizar todas las
partes que la componen y su funcionamiento.
Abstract. Air pollution and dependence on fossil fuels have brought humanity to the search for clean
energy sources, is proposed as a solution hydrogen, and a fuel designed to allow continuous supply
which shows the development of a new technology as they are fuel cells on hydrogen. A study of the
functioning of the type of PEM fuel cell was performed, the different factors to consider for further
design based on the equations of thermodynamics as calculations of enthalpy, Gibbs free energy
among others were detailed; The amount of " stacks " or in this case cell 45 is required for the fuel cell
theoretically a potential difference of 24V was determined. Parameters such as electrical power
produced by the cell, the output voltage that the stack will occur, the efficiency of each cell will make
approximately 45% and the flow of oxygen and hydrogen were established, it took place of the battery
design where all the parts that composes it and the operation of this can be seen.
Comparación de tres sistemas de calentamiento de agua solar por
termosifón
Comparison of three systems of solar wáter heating by
thermosiphon
E Hernández-Arroyo1 and R Guzmán-Lopez1
1
Resumen. En este proyecto se realizó la comparación de tres sistemas de calentamiento de agua solar
por termosifón; un calentador de tubos al vacío y dos calentadores de placa plana, con colector en
acero inoxidable y colector de cobre, ubicados en la Universidad Pontificia Bolivariana de
Bucaramanga, Colombia. Las máximas eficiencias alcanzadas fueron 0.71+0.9 para el colector de
acero inoxidable; 0.76+0.03 para el colector de cobre y 0.72+0.6 para el colector de tubos al vacío. Las
máximas temperaturas alcanzadas, en el tanque de almacenamiento, fueron 50 °C para el colector de
acero inoxidable; 40 °C para el colector de cobre y 63 °C para el colector de tubos al vacío. Las
pruebas se realizaron con los colectores orientados hacía el sur y entre las 10 am y las 2 pm,
sinembargo, cuando se cambió la orientación la eficiencia no se afectó significativamente para ninguno
de los calentadores.
Abstract. In this project the comparison of three systems solar water heating by thermosyphon was
performed; heater vacuum tubes and two heaters flat plate collector with stainless steel and copper
collector, located at the Universidad Pontificia Bolivariana de Bucaramanga, Colombia. The maximun
efficiencies achieved were 0.71 + 0.9 for stainless steel collector; 0.76 + 0.03 for the collector of
copper and 0.72 + 0.6 for vacuum tubes collector. The maximum temperatures reached in the storage
tank was 50 ° C for stainless steel collector; 40 ° C for the collector of copper and 63 ° C for vacuum
tube collector. The tests were conducted with collectors oriented towards the south and between 10 am
and 2 pm, however, when the orientation is changed efficiency was not affected for any of the heaters.
Efectos de la texturización por ataques químicos y láser en las
propiedades ópticas del silicio multicristalino para apliaciones em
celdas solares
Effects of texturization due to chemical etching and laser on the
optical properties of multicrystalline silicon for applications in
solar cells
D Vera1, J Mass2, M Manotas2 and R Cabanzo3
1
Universidad de la Costa, Colombia
2
Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia
3
Resumen. En este trabajo se realizó la texturización de superficies de silicio multicristalino tipo-p para
disminuir la reflexión de la luz sobre la superficie, empleando el método de ataque químico y luego un
tratamiento con láser. En el primero, se sumergió en soluciones de HF:HNO 3:H2O,
HF:HNO3:CH3COOH, HF:HNO3:H3PO4,en la proporción 14:01:05, durante 30 segundos, 1, 2 y 3
minutos. Posteriormente con un láser (Nd:YAG) se generaron cuadriculas a partir de líneas paralelas
separadas 50µm. Las muestras fueron analizadas mediante espectroscopia difusa (UV-VIS) y
microscopía electrónica de barrido (MEB) antes y después del tratamiento con láser. El resultado más
bajo de reflectancia obtenido por HF:HNO3:H2O durante 30 segundos, fue de 15.5%. Sin embargo,
luego de aplicar el tratamiento con láser la reflectancia aumenta a 17.27%. Por otro lado, las muestras
tratadas (30 segundos) con ácido acético y ácido fosfórico como diluyentes dan como resultado una
disminución en los valores de la reflectancia luego de aplicar el tratamiento láser de 21.97% a 17.79%
y 27.73% a 20.03% respectivamente. Lo anterior indica que en algunos casos es posible la disminución
de la reflectancia usando de forma conjunta el método de ataque químico y luego un tratamiento con
láser.
Abstract. In this work we carried out the texturization of surfaces of multicrystalline silicon type-p in
order to decrease the reflection of light on the surface, using the chemical etching method and then a
treatment with laser. In the first method, it was immersed in solutions of HF:HNO 3:H2O,
HF:HNO3:CH3COOH, HF:HNO3:H3PO4, in the proportion 14:01:05, during 30 seconds, 1, 2 and 3
minutes. Subsequently with a laser (ND:YAG) grids were generated beginning with parallel lines
separated 50µm. The samples were analyzed by means of diffuse spectroscopy (UV-VIS) and scanning
electron micrograph (SEM) before and after the laser treatment. The lowest result of reflectance
obtained by HF:HNO3:H2O during 30 seconds, was of 15.5%. However, after applying the treatment
with laser the reflectance increased to 17.27%. On the other hand, the samples treated (30 seconds)
with acetic acid and phosphoric acid as diluents gives as a result a decrease in the reflectance values
after applying the laser treatment from 21.97% to 17.79% and from 27.73% to 20.03% respectively.
The above indicates that in some cases it is possible to decrease the reflectance using jointly the
method of chemical etching and then a laser treatment.
Estimación de la radiación solar incidente sobre colectores
ubicados en el techo de del centro cultural y deportivo
universitario de la fundación universitaria los libertadores
Estimation of incident solar radiation on the roof of the centro
cultural y deportivo universitario of the fundación universitaria
los libertadores
S A Jiménez1, V M Carrillo1 and L C Rátiva1
1
Grupo Investigación GIDAD Mecánica, Fundación Universitaria los Libertadores. Bogotá
D.C., Colombia
Resumen. Este documento muestra la estimación de la radiación solar incidente para el conjunto de
colectores solares que se ubicarán en el techo del Centro Cultural y Deportivo de la Fundación
Universitaria Los Libertadores (Bogotá, Colombia) y que formarán parte del sistema de climatización
de la piscina construida en su interior. El cálculo se realizó, a partir de datos experimentales de la
radiación solar global sobre superficie horizontal, por medio de los tres modelos más utilizados para
determinar la radiación solar global sobre superficies inclinadas: el de cielo isotrópico, HDRK y el de
Pérez. Los resultados mostraron diferencias inferiores al 5% entre los valores calculados por los tres
modelos. También se observaron reducciones cercanas al 2% y al 12%, en las horas de la mañana y
aumentos cercanos al 1% y al 7%, en las horas de la tarde, en las radiaciones estimadas respecto a las
que se obtendrían sobre una superficie horizontal con la misma orientación y sobre una superficie en
condiciones ideales de orientación e inclinación, respectivamente. Este comportamiento dual de la
radiación solar incidente, debido a la integración arquitectónica de los colectores al techo del edificio,
se utilizará en el cálculo del área de captación del sistema solar.
Abstract. This paper shows the estimated solar radiation for the solar collectors set to be located on
the roof of Centro Cultural y Deportivo of the Fundación Universitaria Los Libertadores (Bogotá,
Colombia) and that will be part of the indoor swimming pool heating system. The calculation was
performed from experimental data of global solar radiation on a horizontal surface by the three most
commonly used determining the global solar radiation on inclined surfaces models: isotropic sky,
HDRK and Perez. Differences less than 5% between the computed values by the three models were
found. Reductions close to 2% and 12% in the morning and increases close to 1% and 7% in the
afternoon were also observed, about estimated radiation compared to those obtained on a horizontal
surface with the same orientation and on a surface under ideal orientation and inclination, respectively.
This dual behavior of solar radiation, due to the architectural integration of the collectors to the roof of
the building, will be used in computing the collection area of the solar system.
Procesos de Endurecimiento Superficial - SHP
Surface Hardening Processes – SHP
Caracterización de polvos de ni y sic para la obtención de un
material compuesto utilizado en proyección térmica
Ni and sic powder characterization to obtain a composite material
for thermal spray projection
J Guerrero1, A F Baron1, A Jurado1 and F Sequeda1
1
Resumen. Se llevó a cabo la caracterización de un particulado de Níquel y Carburo de Silicio (SiC)
obtenido comercialmente, mediante la técnica de microscopía electrónica de barrido y espectroscopia
de energía dispersiva (SEM/EDS), con el fin de determinar la distribución, morfología y tamaño de
partícula, al igual que la composición elemental de los precursores. Con dichos particulados se realizó
una mezcla en un molino planetario, con el fin de obtener mecano-fusión de los materiales para formar
un compuesto, que fue utilizado en la técnica de proyección térmica para producir un recubrimiento
depositado sobre acero AISI 4130, con el fin de reducir la fricción y el desgaste.
Abstract. Nickel and silicon carbide (SiC) powders were characterized by scanning electron
microscopy and energy dispersed spectroscopy (SEM/EDS) in order to determinate the distribution,
morphology, particle distribution and elemental composition of the precursors. Whit the powders a
mixture was performed in a planetary grinder, to obtain mechanical fusion of the materials and to
obtain a composite that was used with the thermal spray projection to generate a coating, deposited on
AISI 4130 steel, to reduce friction and wear.
IONHEAT. Una spin-off de base tecnologica para el desarrollo de
tecnologia plasma en colombia
IONHEAT. A technology based spin-off for plasma technology
development in Colombia
A Bernal1 and S Vargas1
1
IONHEAT S.A.S, Colombia
Resumen. IONHEAT es una empresa de base tecnologica que se desprendió de la iniciativa de
TRATAR S.A.S de desarrollar el primer equipo de nitruración por plasma a nivel industrial de
Colombia. El equipo desarrollado bajo esta iniciativa evidenció la posibilidad de desarrollar esta
tecnología no solo para el uso de TRATAR S.A.S; sino el de fabricar dentro del contexto colombiano
equipos basados en tecnología plasma con alta competividad para su exportación. El presente trabajo
comparte la experiencia de este desarrollo e informa de las principales caracteristicas de los equipos
que se han desarrollado en la compañia y que han sido instalados en Perú y Estados Unidos.
Abstract. IONHEAT is a technology-based company that was born from the TRATAR S.A.S
initiative to develop the first equipment for industrial plasma nitriding in Colombia. The equipment
developed under this initiative demonstrated the possibility of developing this technology not only for
the use of TRATAR S.A.S. but also for manufacturing and exporting it. This paper shares the
experience of this development and reports the main characteristics of the systems that the company
has developed and that have been installed in Peru and the United States.
Integridad Estructural - SI
Structural Integrity – SI
Desarrollo de una metodología experimental para evaluar el
crecimiento de incrustaciones (CaCO3) que se presentan en ductos
Development of an experimental methodology for assessing the
growth of scale (CaCO3) in pipelines
M García1, J Vega2, Y Pineda3 and E Vera4
1
Resumen. Una de las problematicas que afectan la integridad mecanica de las tuberias de transporte de
fluidos acuosos es la formacion de depositos incrustantes como el CaCO3. Hoy en dia existen
diferentes modelos teoricos que establecen criterios de tendencia pero no son determinantes en
establecer la verdadera tasa de incrustacion en un ducto. En este trabajo se presenta el desarrollo
experimental para depositar incrustaciones de carbonato de calcio mediante el uso de un sistema
dinámico en el cual los depósitos se formaron al interior de un capilar de acero inoxidable AISI 316 y
así estudiar la influencia de diferentes factores fisicoquímicos como la composición de la solución
incrustante, velocidad de flujo, temperatura de la superficie y presencia de CO2 sobre la cantidad de
incrustación generada. La evolución del espesor y la cantidad de la incrustación obtenida mediante los
ensayos fue posteriormente determinada y por medio de difracción de rayos X (DRX) y microscopia
electrónica de barrido (MEB) fueron caracterizados los depósitos. Con los resultados del estudio se
muestra una fuerte influencia del dióxido de carbono en la cantidad de incrustación obtenida y que
según la composición de la solución incrustante la velocidad de flujo puede generar mayor o menor
incrustación. Además de que bajo las condiciones de prueba no es posible obtener depósitos a
temperatura ambiente.
Abstract. One of the problematic that affect the mechanical integrity of pipelines transporting aqueous
fluids is the formation of fouling deposits as CaCO3. Today different theoretical models that establish
criteria trend but are not decisive in establishing the true rate of growth of scale in a pipeline there.
This paper presents experimental development were conducted to deposit scale of calcium carbonate
by using a loop in which the deposits formed into a capillary of stainless steel AISI 316 and thus study
the influence of various physic - chemical factors such as the composition of the solution, flow rate,
and surface temperature and the presence of CO2 generated on amount of scale. The evolution of the
thickness and the amount of fouling obtained by tests was subsequently determined and by X-ray
diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were characterized the deposits. With the
results of the study show a strong influence of carbon dioxide in the amount of fouling obtained and
according to the composition of the solution the flow rate fouling can generate greater or lesser scale.
Toot under the test conditions is not possible to obtain deposits at room temperature
Modelo Matemático- Estadístico para la predicción de la tendencia
de la integridad mecánica de un ducto enterrado
Mathematical- statistical model for predicting the tendency of the
mechanical integrity of a buried pipeline
H Aponte-Betancur1, E Vera-López1 and Y Pineda-Triana1
1
Resumen. En este trabajo se pretende utilizar un modelo de proceso de renovación estocástica para
analiza la degradación del ducto debido al tiempo de utilidad y condiciones de servicio, clasificando
los ductos en segmentos de acuerdo a las condiciones a las que está expuesta (temperaturas, presiones,
velocidad de flujo, condiciones del médio, etc). El modelo permitirá determinar el desgaste del
material con respecto al tiempo, frecuencias de inspección y probabilidades de vida útil en cualquier
tiempo t.
Abstract. This paper is intended to use a process model stochastic renewal analyzes the disintegration
of the pipeline due to the time of use and service conditions, classifying the pipeline into segments
according to the conditions to which it is exposed (temperatures, pressures, speed flow, environmental
conditions, etc.). The model will determine the material wear over time, periods of renewal of the
material and life chances at any time t.
Integridad en cabeza de pozo mediante separador de fases wellcorr
Integrity well head by phase separator well-corr
A O J-Gómez1, B K Blanco1, C E Vera1 and D Y Pineda1
1
Instituto para la Investigación y la Innovación en Ciencia y Tecnología de Materiales
(INCITEMA), Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. La integridad en cabeza de pozo es actualmente uno de los problemas que ha centrado la
atención ingenieril para mantener la integridad de elementos metálicos que transportan fluidos. Dada
su condición de servicio, las tuberías son susceptibles a sufrir algún tipo de deterioro por cuenta del
fluido que contiene en su interior. Es por esta razón y en aras de contribuir a dar solución a esta
problemática se desarrolla un equipo de separación de fases por diferencia de densidades, que permite
ser conectado directamente a la línea de flujo o cabeza de pozo, para realizar pruebas Electroquímica
LPR (Resistencia a la Polarización Lineal) y curvas tafel, que permiten determinar velocidades de
corrosión in situ, obteniendo un resultado confiable e instantáneo para la evaluación del fluido acuoso
y tratamientos químicos (Inyeccion de Inhibidores), disminuyendo la probabilidad de introducir
oxigeno atmosférico en el fluido. Además, permite realizar pruebas fisicoquímicas in situ, con lo que
se ha logrado que los resultados obtenidos no se vean afectados por agentes externos presentes en el
ambiente.
Abstract. Integrity at the wellhead is currently one of the problems has focused attention engineering
to maintain the integrity of metallic elements that carry fluids. Given their service condition, the pipes
are susceptible to some kind of deterioration on behalf of the fluid containing in its interior. It is for
this reason and in order to help solve this problem is developed a team of phase separation by different
densities , which allows it to be connected directly to the flow line or wellhead, for testing
Electrochemical LPR (Resistance to linear ) polarization and tafel curves for determining corrosion
rates in situ, obtaining a result reliable and instantaneous for the evaluation of the aqueous fluid and
chemical treatment (injection of inhibitors ), decreasing the likelihood of introducing atmospheric
oxygen in the fluid. Also, allows test physicochemical in situ, which has achieved the results they see
not affected by external agents present in the environment.
Modificación Superficial (Implantación Iónica, Nitruración Iónica,
PVD, CVD) - SM
Surface Modification (Ion Implantation, Ion Nitriding, PVD,
CVD) – SM
Desarrollo y caracterización de recubrimientos de nitruro de
tantalio dopado con nanopartículas de plata TaN(Ag) depositados
por pulverización catódica
Development and characterization of tantalum nitride coatings
doped with silver nanoparticles TaN(Ag) deposited by Magnetron
Sputtering
G Bejarano-Gaitán1 and A M Echavarría1
1
Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo de Materiales (CIDEMAT), Facultad de
Ingeniería, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. El acero inoxidable 316L es utilizado ampliamente en la fabricación de implantes dentales y
ortopédicos. Sin embargo, este acero posee una dureza y resistencia al desgaste relativamente baja
conllevando a menudo a una pérdida de la integración del tejido con el implante, como también a
inflamación del tejido al rechazo del implante. Esta investigación se enfocó en el mejoramiento de la
dureza y resistencia al desgaste del acero inoxidable 316L utilizando recubrimientos de nitruro de
tantalio dopados con nanopartículas de plata. Los recubrimientos nanocompuestos de TaN(Ag) con
diferentes porcentajes atómicos de Ag se depositaron por la técnica de la pulverización catódica
mediante la codeposición a partir de blancos de Ta y de Ag de alta pureza. Para ajustar el contenido de
plata en el recubrimiento se aplicó una potencia al blanco de plata entre 70 y 210 W, mientras que para
el blanco de Ta se utilizó una potencia de 1500 W. La microestructura, la composición química
elemental y la identificación de fases del recubrimiento se analizaron por SEM, EDX, XRD y
Espectroscopia Raman, respectivamente. La dureza de las muestras recubiertas se determinó con un
microdurometro por el método de Knoop, en tanto que el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste
se evaluaron con un tribómetro en el modo de bola sobre disco. La dureza de los nanocompuesto se
redujo con el incremento del contenido de plata de 9,2 a 2,4 GPa, mientras que la tasa de desgaste se
incrementó en dos órdenes de magnitud. Todas las muestras recubiertas presentaron una dureza mayor
y una tasa de desgaste menor que las muestras de acero 316L sin recubrir. La muestra recubierta con
una potencia de 70 W aplicado al blanco de plata presentó la más alta dureza de 9,2 GPa y la tasa de
desgaste más baja de 1.03x10-11 (kg/N.m), haciendo al acero 316L recubierto, más seguro y apropiado
para su uso en casi todos los campos de la implantología.
Abstract. Stainless steel 316L is widely used for the manufacturing of dental and orthopedic implants.
However, this steel has a relatively low hardness and wear resistance leading often to loss of tissue
integration with the implants, as well as to tissue inflammation and to implant rejection. This research
focused on the improvement of hardness and wear resistance of stainless steel 316L using tantalum
nitride hard coatings doped with silver nanoparticles. The TaN(Ag) nanocomposites with different at%
Ag content were deposited by the dual gun magnetron cosputtering technique using high purity Ta and
Ag targets. To adjust the silver content in the coatings a power between 70 and 210 W was applied to
the Ag-target, while 1500 W was used for the Ta-target. The microstructure, chemical elemental
composition and phase identification were analyzed by SEM, EDX, XRD and Raman Spectroscopy,
respectively. The hardness of the coated samples was determined using the Knoop microhardness test
method, while their friction coefficient and wear rate were evaluated with a ball on disc tribometer.
The hardness of the nanocomposites decreases with silver content from 9.2 to 2.4 GPa, while the wear
rate increases by two orders of magnitude. All coated steel samples presented higher hardness and
lower wear rate than the uncoated steel 316L. The sample coated with a power of 70 W applied to the
Ag-target presented the highest hardness of 9.2 GPa and the lowest wear rate of 1.03x10-11 (kg/N.m),
making this coated steel safer and more appropriate for use in almost every fields of implantology.
Estudio termodinámico de la deposición de películas de diamante
a presión atmosférica, utilizando una antorcha de oxi-acetileno
Thermodynamic analysis of the deposition of diamond films at
atmospheric pressure by using oxy-acetylene torch
G A Díaz1, M Fernández1, J F Plata1, N Gómez1 and M Manrique1
1
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales, Universidad Industrial de
Resumen. Se estudia el sistema C-H-O desde el punto de vista termodinámico, tomando como base el
programa de minimización de energía libre (FEM), utilizando el paquete de computación CSIRO. Este
análisis termodinámico permite predecir las posibles reacciones químicas y las composiciones de
equilibrio de las diferentes especies, en función de la temperatura, a presión atmosférica. Se realizaron
experimentos a escala de laboratorio utilizando una antorcha de oxi-acetileno con boquilla de 0.89 mm
de diámetro, utilizando los datos sobre relación molar y temperatura suministrados. Las muestras
obtenidas en estos experimentos se caracterizaron, utilizando las técnicas de Espectroscopia Raman y
SEM-EDAX. Como resultado se propone un posible mecanismo de deposición de diamante a presión
atmosférica para superficies a micro escala.
Abstract. Thermodynamic calculations, based on a free energy minimization (FEM) program, are
presented for the C-H-O system. Thermodynamic analysis gives general guidelines for the expected
reactions and equilibrium compositions of species at different temperatures and pressures.
Thermodynamics also allows the preliminary screening of possible mechanism of diamond formation
under different temperature and gaseous molar ratios. Laboratory experiments using an oxygenacetylene torch were performed to evaluate the thermodynamic predictions of diamond film
deposition. The samples obtained were characterized using SEM-EDAX and Raman spectroscopy
techniques. Results are examined and possible diamond deposition mechanism for micro scale areas is
proposed.
Estudio de los Esfuerzos Residuales de aceros H13 nitrurados y
nitrocarburados por plasma
Study of residual stress of H13 steel plasma nitride and
nitrocarburized
D Arias1, S Vargas2 and J Vélez3
1
Universidad Católica de Pereira, Colombia
2
IONHEAT S.A.S, Colombia
3
Resumen. La nitruración por plasma es una de las técnicas más comunes para mejorar las propiedades
superficiales de los materiales metálicos tales como desgaste y resistencia a la corrosión. En este
trabajo se realiza un estudio del esfuerzo residual en dos muestras que fueron nitruradas y
nitrocarburadas de un acero AISI H13. Las muestras fueron caracterizadas a nivel superficial usando
microscopia de fuerza atómica (AFM) y a nivel microestructural se usó la técnica de difracción de
rayos X (XRD). En el análisis de esfuerzos residuales se utilizó XRD con geometría de ángulo de
incidencia rasante con el método de múltiples planos, en varios ángulos de incidencia. Los resultados
muestran una superficie más rugosa para la nitrocarburada. Las fases ´-Fe4N y -Fe2-3N están
presentes en ambas muestras, presentándose una competitividad de estas fases en la muestra nitrurada,
mientras que en la muestra nitrocarburada se observa la fase -Fe2-3N como la preferencial. En el
análisis de esfuerzos residuales, se observa que para ambas muestras presenta esfuerzos residuales
compresivos.
Abstract. Plasma nitriding is one of the most common techniques to improve surface properties of
metallic materials such as wear and corrosion resistance. This paper presents a study of residual stress
occurs in two samples were nitrided and nitrocarburized of steel AISI H13. The samples were
characterized from the point of view surface and microstructural using atomic force microscopy
(AFM) and X-ray diffraction (XRD). XRD was used geometry grazing incidence angle on the analysis
of residual stresses by the method of multiple planes at various angles of incidence. The results show a
rougher surface for nitrocarburized. Phases ´-Fe4N and -Fe2-3N are presenting in both samples,
presenting competitiveness of these phases in the nitrided sample, while in phase -Fe2-3N in the
nitrocarburized sample observed as preferential. In the analysis of residual stress, it is observed that for
both samples have residual compressive stresses.
Estructuración de la superficie de un monocristal de GaSb
mediante ataque con solución subsaturada
Structuring of GaSb single-crystal surface by etching with
undersaturated solution
B A Garzón-Cifuentes1, J Jaramillo-Ramírez1, J D López-Ortiz1, L Tirado-Mejía1 and
H Ariza-Calderón1
1
Resumen. La aparición de nuevas técnicas de fabricación de materiales abrió la posibilidad de
controlar parámetros estructurales a escalas micrométricas y nanométricas permitiendo crear
estructuras complejas y un gran abanico de aplicaciones tecnológicas. En este trabajo se propuso la
fabricación de microestructuras en la superficie de un sustrato monocristalino. Mediante la técnica de
epitaxia en fase líquida se realizó el ataque físico de la superficie del sustrato, generando
estructuración, y la deposición del material por crecimiento epitaxial. Para el ataque de la superficie
del sustrato de GaSb:Te se utilizó una solución subsaturada rica en In. Se variaron parámetros como
temperatura de contacto, altura de la solución líquida y rampa de enfriamiento. Sobre esta superficie se
creció el material cuaternario GaInAsSb durante tiempos cortos, con el fin de conseguir la formación
de las microestructuras. El material fabricado se caracterizó mediante espectroscopia FTIR y
fotoluminiscencia donde se determinó su respuesta óptica. Las variaciones con respecto a la respuesta
del material en bloque se atribuyen a la formación de estructuras de baja dimensionalidad.
Abstract. The emergence of new material fabrication techniques opened the possibility of controlling
structural parameters at micrometer and nanometer scales, allowing the creation of complex devices
with a wide range of technological applications. In this paper we proposed the fabrication of
microstructures on the surface of a single crystal substrate. Liquid phase epitaxy technique was used to
etch the substrate in order to generate structures on the surface and to deposit epitaxially the grown
material. The etching process of the GaSb. The substrate was achieved using an In-rich undersaturate
solution. Parameters such as contact temperature, height of the liquid solution, and cooling ramp were
varied. On the etched surface quaternary GaInAsSb was grown during short times to guarantee the
formation of islands rather than layers. The fabricated system was characterized optically by
photoluminescence and FTIR techniques. The variations of the optical response of the system
compared to the bulk properties were associated to the low dimensional structures.
Caracterización electroquímica del alambre de acero empleado
como refuerzo en los conductores de las redes de transmisión de
energía eléctrica, nitrurado por implantación iónica
Electrochemical characterization of the steel wire used as
reinforcement in transmission of electricity conductors, nitrided
by ion implantation
J J Castro-Maldonado1, H J Dulcé-Moreno2 and W Aperador3
1
Servicio Nacional de Aprendizaje, Cucuta, Colombia
2
Universidad Francisco de Paula Santander, Cucuta, Colombia
3
Universidad Militar Nueva Granada, , Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Las empresas de energía eléctrica cuentan con infraestructura conformada de manera
general por las líneas de transmisión y de distribución, por lo que se hace necesario caracterizar el
proceso de deterioro de los componentes básicos de la infraestructura; en este caso el alambre de acero
el cual está expuesto a ambientes corrosivos; por esta razón tradicionalmente dicho alambre es
recubierto con zinc o aluminio, y alternativamente se puede nitrurar. Teniendo en cuenta la diversidad
geográfica de nuestro país y la exposición a entornos climatológicos extremos, la corrosión
atmosférica presenta tasas representativas que afectan la vida útil de las estructuras. Por ejemplo, en
ambientes muy húmedos como zonas costeras y zonas de gran altitud, el tiempo de humectación
(TOW) parámetro que reúne las condiciones de temperatura y humedad relativa afecta en gran
proporción, acelerando la corrosión en los materiales ferrosos. En este trabajo se evalúa el
comportamiento electroquímico comparativo del núcleo de acero desnudo, recubierto con zinc, y
nitrurado por implantación iónica.
Abstract. The electric companies generally conformed infrastructure for transmission and distribution
lines, so it is necessary to characterize the process of deterioration of basic infrastructure components;
in this case the steel wire which is exposed to corrosive environments; therefore traditionally said wire
is coated with zinc or aluminum, and may alternatively be nitrided. The geographic diversity of our
country and exposure to extreme weather environments, presents representative atmospheric corrosion
rates affecting the life of the structures. For example, in high humidity environments such as coastal
areas and areas of high altitude, time of wetness (TOW) parameter that meets the conditions of
temperature and relative humidity affects a large proportion, accelerating the corrosion of ferrous
materials. In this paper the comparative electrochemical behavior of bare steel core coated with zinc
and nitrided by ion implantation is evaluated.
Técnicas electro-analíticas para determinar metales pesados a
nivel de trazas
Electroanalytical methods to determinate trace-level heavy metals
J A Barón-Jaimez1, M R Joya2 and J Barba-Ortega2
1
Universidad Nacional Autónoma de México, México
2
Resumen. Las técnicas voltamperometricas son consideradas métodos electro analítico sensibles y
adecuados para la determinación de muchos metales y componentes en muestras ambientales, clínicas
e industriales. Estos métodos son basados en las medidas de corriente de una señal asociada con
propiedades moleculares o procesos interfaciales de especies químicas. Este trabajo presenta un
resumen de diferentes estudios asociados con estas técnicas y su avance en los últimos tiempos.
Abstract. Voltammetric techniques are considered electro analytical methods sensitive and suitable for
trace-level determination of many metals and compounds in environmental samples, clinical and
industrials. This methods are based on the measurement of current signals associated with molecular
properties or interfacial processes of chemical species. This paper presents an overview of different
studies associated with this techniques and the advance in the last times.
Caracterización electroquímica del acero inoxidable martensítico
420 implantado con iones de nitrógeno
Electrochemical characterization of nitrogen-ion implanted AISI
420 martensitic stainless steel
M J Andrade-Romero1, L S Chacón-Velasco2, V D Dugar-Zhabon2 and E D V-Niño2
1
Universidade Federal de Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
2
Resumen. La implantación de iones de nitrógeno se puede utilizar para mejorar el comportamiento al
desgaste y resistencia a la corrosión del acero inoxidable martensítico AISI 420. El acero AISI 420 fue
implantado por el método de implantación iónica tridimensional (3DII). Se evaluaron las propiedades
electroquímicas de resistencia a la polarización (Rp) y extrapolación Tafel en un ambiente de cloruros.
Los resultados de la polarización potenciodinámica en NaCl (3%) indicaron la presencia de una
corriente anódica de baja disolución para el acero implantado con iones de nitrogeno en comparación
con el acero no tratado. Por otro lado, la extrapolación de Tafel indicó que la implantación de iones de
nitrógeno es un proceso muy eficiente para la protección contra la corrosión del acero inoxidable
martensítico AISI 420.
Abstract. The nitrogen-ion implantation can be used to improve the wear and corrosion behaviour of
AISI 420 martensitic stainless steel. The AISI 420 steel was implanted by Three-Dimensional Ion
Implantation (3DII) method. The electrochemical properties were evaluated in a chloride environment
by polarization resistance (Rp) and tafel extrapolation method. Results from potentiodynamic
polarization in NaCl (3%) indicated the presence of a low anodic dissolution current for ionitrided steel
than the untreated steel. In addition, the tafel extrapolation indicating that the nitrogen-ion implantation
are a very efficient process for corrosion protection of AISI 420 martensitic stainless steel.
Análisis de la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo
esfuerzos del acero de baja aleación AISI 4140 implantado con
iones de titanio y nitrógeno
Analysis of susceptibility to stress corrosion cracking of titanium
and titanium nitride- implanted AISI 4140 low-alloy steel
E D V-Niño1, E Lozano-Gomez1, D F Carreno-Duarte1, O F Santos-Rodriuez1 and M J
Andrade-Romero2
1
2
Universidade Federal de Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Resumen. La susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo esfuerzos del acero de baja aleación
AISI 4140 implantado con iones de titanio y nitruro de titanio fue investigado en un ambiente de H2 S
mediante el ensayo C-Ring, según la norma NACE TM0177-96. Las muestras fueron implantadas
iónicamente por el método de implantación iónica tridimensional (3DII) con descargas de 10, 8 kV y
durante un tiempo de 4 y 8 minutos. Se analizó el tiempo de rotura de las muestras implantadas y no
implantadas a través del método estadístico ANOVA. Los resultados mostraron que la resistencia a la
corrosión del acero implantado con nitruro de titanio fue mayor que los del acero implantado con iones
de titanio. Las muestras implantadas con iones de TiN a 10 kV y 8 minutos exhibieron una mejor
susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo esfuerzos en ambiente de H2S húmedo.
Abstract. The susceptibility to stress corrosion cracking of titanium and titanium nitride implantation
on the AISI 4140 low-alloy steel was investigated using the standard C-Ring test in H2S environment,
according to NACE TM0177-96. The samples were ion implanted by Three-Dimensional Ion
Implantation (3DII) method with 10, 8 kV titanium and titanium nitride ions and the glow discharge
time was 4 and 8 minutes. The time-to-failure of the implanted and non-implanted samples was
analysed with the ANOVA statistical method. The results showed that the corrosion resistance of the
titanium nitride- implanted steel were higher than those of the titanium-ion implanted steel. The
samples implanted with ion of TiN to 10 kV and 8 minutes exhibited better susceptibility to sulfide
stress cracking.
Estudio comparativo de la adsorción e incorporación de un átomo
de Sc e Y sobre AlN(0001)
Comparative study of single Sc and Y atoms adsorbed and
incorporated on AlN(0001)
A González-García1, W López-Pérez1, R González-Hernández1
1
Grupo de Investigación en Física Aplicada, Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia
Resumen. En este trabajo se han estudiado en forma comparativa las propiedades estructurales y
electrónicas para la adsorción e incorporación de un átomo de Sc e Y sobre la superficie AlN(0001), a
través de cálculos de primeros principios usando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Se
encontró que los átomos de Sc e Y prefieren el sitio de adsorción T4 con el fin de saturar el máximo
número de enlaces sobre la superficie AlN(0001). Se calcularon las barreras energeticas de la difusión
que los átomos de Sc e Y tienen que superar cuando saltan entre los sitios de adsorción T4 y H3.
Además, los cálculos de la energía de formación superficial indican que los atomos de Sc e Y prefieren
el proceso de incorporación al de adsorcion superficial, debido principalmente a la interacción de los
átomos metales de transición (Sc e Y) con los átomos de N en la superficie, lo cual lleva a la creacion
de enlaces Sc-N e Y-N. Se presentan además los resultados de la estructura electrónica de la superficie
con Sc e Y incorporados en AlN(0001).
Abstract. Using density-functional calculations, we have comparatively studied the structural and
electronic properties for a single Sc and Y atoms adsorbed and incorporated on the AlN(0001) surface.
We have found that Sc and Y atoms prefer the T4 adsorption site in order to saturate the maximum
number of dangling bonds on AlN(0001) surface. The diffusion energy barriers that the Sc and Y
atoms have to overcome when jumping between T4 and H3 adsorption sites are calculated. In addition,
surface formation energy calculations show that Sc and Y incorporation is preferred on the surface
adsorption, which is due mainly by the interaction of transition-metal atoms (Sc and Y) with the
surface N atoms resulting in the formation of TM-N (Sc-N and Y-N) bonds with the nearest nitrogen
atoms. Detailed results on the surface electronic structure of Sc and Y incorporated AlN(0001) are
presented.
Producción de recubrimientos duros artificialmente modulados
con un evaporador de arco en vacío
Artificially modulated hard coatings produced with a vacuum arc
evaporator
P A Tsygankov1, V D Dugar-Zhabon2, F F Parada-Becerra2, A Plata2 and E D V-Niño2
1
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
2
Resumen. Se describe el conjunto experimental para la producción de estructuras modulada
artificialmente a través de un avanzado evaporador de arco en vacío constituido por un cátodo de
manchas que es accionado magnéticamente sobre la superficie del cátodo. Se discuten las principales
características de arco en vacío como una fuente de vapor con composiciones modulada en el tiempo.
Se presentan las características de los revestimientos de múltiples capas obtenidos artificialmente con
estructuras moduladas de Ti / TiB.
Abstract. The experimental set for artificially modulated structures production through an advanced
vacuum arc evaporator with a magnetically-driven cathode spots on the cathode surface is described.
The main features of vacuum arc as a vapor source with time-modulated compositions are discussed.
The characteristics of the obtained multilayer coatings with artificially modulated Ti/TiB structures are
presented.
Física de Superficies - SP
Surface Physics – SP
Transición de fase de primer orden en la formación de Patrones
regulares sobre superficies
First order phase transition in the surface pattern formation
F Fonseca1
1
Departamento de física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Las ecuaciones diferenciales continua se han utilizado como un enfoque interesante para
describir la formación de patrones de superficie periódica. Uno de los modelos más básicos, Bradley y
Harper, establecen una competencia entre rugosidad debido a la eliminación de material de la
superficie y el suavizado de difusión, como el principal mecanismo que explica la formación de
patrones de estructuras periódicas. Mostramos, utilizando un modelo alterno, Lattice Boltzmann, que
la formación de patrones puede ser comprendido como el resultado de una transición de fase de primer
orden, cuando el sistema alcanza la periodicidad.
Abstract. Continuous differential equation has been used as one interesting approach in order to
describe periodic surface pattern formation. One of the most basic models, Bradley and Harper,
establishes a competition between roughening due to removal of surface material and diffusional
smoothing, as the main mechanism that explain the pattern formation of periodic structures. We show,
using Lattice-Boltzmann, as an alternative continuous method, an explanation of pattern formation as
the result of a first order phase transition, once the system reached periodicity.
Propiedades ópticas de películas delgadas de oxinitruro de
circonio depositadas mediante pulverización catódica RF
Optical properties of zirconium oxinitride thin films deposited via
sputtering RF
F Fonseca1, J E Alfonso1, J J Olaya1, G I Cubillos1 and K L Velásquez1
1
Resumen. El oxinitruro de circonio tiene propiedades físico-químicas que le permiten ser utilizado en
diferentes aplicaciones, entre las que se destacan el servir como sensor de nitrogeno y la actividad
fotocatalitica. En este trabajo se estudia la influencia que tiene la potencia suministrada al blanco de Zr
y la relacion de los flujos de nitrógeno y oxigeno sobre la estructura, la morfología y las propiedades
ópticas de películas delgadas de ZrOxNy / ZrO2 depositadas sobre vidrio común, utilizando la técnica
de RF de pulverización catódica en fase reactiva, en una atmósfera de N 2 / O2, con un flujo de
nitrógeno variable (ΦN2) y manteniendo constante el flujo de oxigeno (ΦO2) en 2,00 sccm. El análisis
estructural de las peliculas se llevó a cabo a través de difracción de rayos X (DRX); el análisis
morfológico se realizo a través de microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía de fuerza
atómica (MFA). El comportamiento óptico se evaluó a través de mediciones de transmitancia. Loss
patrones DRX mostraron la presencia de dos estructuras cristalograficas: Monoclinica de oxinitruro de
zirconio y cubica de oxido de zirconio. El análisis MEB, evidenció que las películas crecieron con
morfología homogénea, los resultados MFA establecieron que el tamaño de grano depende de la
potencia aplicada al blanco de Zr. Con los valores de transmitancia y usando una variacion del método
Swanepoel se calculó el índice de refracción, el espesor y el coeficiente de absorción de las películas.
Abstract. The zirconium oxynitride has physicochemical properties that allow it to be used in different
applications, among which include the sensor serve as nitrogen and photocatalytic activity. In this
work we study the influence of the power supplied to the target and the ratios flows of nitrogen and
oxygen on the structure, morphology and optical properties of thin films of ZrOxNy / ZrO2 deposited
on ordinary glass. The films were deposited using the RF sputtering technique in reactive phase in N2 /
O2 atmosphere, varying the flow nitrogen (ΦN2) and maintaining constant the flow oxygen (ΦO2) at
2.00 sccm. Structural analysis of the films was carried out by X-ray diffraction (XRD); morphological
analysis was performed by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM).
The optical performance was evaluated by transmittance measurements. XRD patterns showed the
presence of two crystal structures: monoclinic zirconium ox nitride, and cubic zirconium oxide. SEM
analysis, showed that films grown with homogeneous morphology, MFA results established that the
grain size depends on the power applied to the target of Zr. With the transmittance values and making
a variation to the Swanepol method were calculated the refractive index, the thickness and the
absorption coefficient of the films.
Estudio de la estabilidad en adsorción de si sobre grafeno
Stability study of adsorption of silicon on graphene
J Otálora-Acevedo1,2, E Vera2, G Moreno-Armenta3 and J A Rodríguez1
1
2
3
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México,
México
E-mails: [email protected] , [email protected] , [email protected] ,
[email protected]
Resumen. Se realizaron cálculos de energía de formación para adsorción de Silicio (Si) sobre grafeno
ideal. Los sitios de la adsorción fueron los puntos Bridges, T y H, que corresponden a sitios entre dos
átomos de Carbono, sobre un C y en el centro del hexágono. Se estudiaron dos casos de adsorción:
primero, un solo átomo de Si en cada punto y segundo dos átomos de Si, uno sobre el grafeno y el otro
debajo de la lámina de grafeno. En el primer caso los grupos puntuales de simetría varían entre el C 3v y
el C1 y en el segundo se obtienen grupos como D3h, C3v y Cs. De los estudios de la energía de
formación en función del potencial químico del Si, se obtienen los puntos de adsorción más estables,
para los casos de alta concentración y baja concentración de Si. Además, se encontró un alto valor del
momento magnético en algunos casos. Para las configuraciones más estables presentamos sus
características electrónicas y estructurales. Igualmente, se estudió la estabilidad desde el punto de vista
mecánico, usando cálculo de las frecuencias de los modos normales en el punto Γ. Los cálculos se
realizaron usando el código Quantum-espresso, que está basado en la teoría de la densidad funcional
(DFT); en el cálculo se usó el modelo de slabs con una supercelda 3x3 de grafeno y vacío ~ 15.0 Å.
Abstract. Calculations of formation energy about absorption of Silicon on ideal graphene are
performed. Adsorption sites considered are bridges, T and H points which correspond to sites at
midpoint between two atoms of carbon (first and second neighbors), above C, and on the center of the
hexagon respectively. For each adsorption point, two situations were studied: first, is the adsorption of
one Si atom on each point and the second one is the absorption of two atoms located symmetrically at
both sides of the graphene. This second case adds a horizontal mirror as additional symmetry element
to the system. The symmetry groups vary between C3V and C1, for the first case, and D3h and Cs for the
second one, and these changes produce very interesting changes in physical and chemical properties.
The more stable point of absorption is obtained by means of plots of the energy of formation as a
function of the chemical potential of Si, for both cases: high and low concentration of Si. Additionally,
the mechanical stability of the configurations is examined by means of calculation of the frequencies
of the normal modes at the Γ point, which are obtained by diagonalization of the dynamical matrix. It
is found that some configurations exhibit mechanical instabilities because some of their frequencies are
imaginary. For the most stable configurations structural and electronic characteristics, such as bond
lengths, separation between silicon atom and the graphene sheet, density of states (DOS) and
electronic bands, are presented. Some configurations present a high value of the magnetic moment.
Calculations are performed using the Quantum-Espresso code, which is based on density functional
theory (DFT). Configurations are simulated by means of the slab model, which consists a 3 x 3
graphene supercell and a vacuum of ~ 15.0 Å. This supercell is used in order to guarantee that the
separation between images of Si atoms will be greater than 7 Å and the auto-interaction will be very
weak. A use of a supercell greater than 3x3 increases the time of calculation and the changes between
results are negligible.
Crecimiento de películas delgadas de au en atmosfera reactiva de
nitrógeno por medio de magnetron sputering
Obtaining au thin films in atmosphere of reactive nitrogen
through magnetrón sputtering
J H Quintero1, R Ospina2 and A Mello2
1
Materiales Nanoestructurados y Biomodelación, Universidad de Medellín, Colombia
2
Centro Brasileiro de Pesquisas Física (CBPF), Rio de Janeiro, Brasil
Resumen. La síntesis de los nitruros de la serie 4d y 5d ha comenzado a principios de este siglo debido
a la aparición de PtN, AgN y AuN. Sistemas PAPVD son usados para la síntesis de la gran mayoría de
ellos, gracias a sus altas energías de ionización. En este trabajo fue usado un sistema magnetron
sputtering (AJA International) para obtener películas delgadas de Au. Una capa de Ti fue obtenida para
evitar la migración del Si hacia la superficie, luego una capa de Au en ambiente de N fue depositada.
Los sustratos fueron calentados a una temperatura entre 500 °C a 950 °C. Las muestras de altas
temperaturas mostraron componentes de Si, Au, N y Ti, donde se evidencia que los átomos de Si
migraron hacia la superficie.
Abstract. The serie of 4d and 5d metals transition are used to the obtaining of nitrides thin film, due to
the synthesis of PtN, AgN and AuN in the last years. The PAPVD systems are used to obtaining of
much from them, due to its ionization energy, which is necessary to nitrides formation. In this paper a
Magnetron Sputterring (AJA International) system was used to obtaining Au thin films. A Ti films was
obtained to avoid the Si migration on surface, then a Au film was deposited in Nitrogen atmosphere.
The substrate temperature was varied between 500 to 950 C. The samples obtaining to high
temperatures shown Au, Ti, Si and N components, where is evidenced that Si atoms emigrated to
surface.
Películas Delgadas y Nanomateriales - TFN
Thin Films and Nanomaterials – TFN
Caracterización de películas delgadas de iton crecidas por
evaporación
Characterization of iton thin films grown by evaporation
M Sparvoli1, R K Onmori2, I Y Abe2 and A T Lopes2
1
Universidade Federal do ABC, Centro de Matemática, Computação e Cognição, Santo
André, São Paulo, Brasil
2
Laboratório de Microeletrônica, Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos,
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil
Resumen. Los oxinitruros de muchos metales han sido investigados durante la última década. Óxido
de indio y estaño (ITO) es un semiconductor de tipo n degenerado con una brecha de banda que oscila
entre 3,2 y 4,0 eV. Recientemente se ha obtenido un nuevo tipo de óxido que combina ITO y
nitrógeno: el indio-estaño-oxinitruro (ITON). La incorporación de nitrógeno en la película podría
mejorar aún más las propiedades ópticas y estructurales de las películas ITON y siendo así la película
de ITON un material transparente e ideal para las aplicaciones optoelectrónicas. La deposición de
óxido y de oxinitruro de películas delgadas se realiza generalmente en sistemas que contienen plasma
como los sistemas de pulverización catódica y deposición pulsada con láser. En este trabajo, las
películas de ITO se fabricaron por evaporación y el nitrógeno fue incorporado por PECVD (deposición
química de vapor mejorada con plasma) técnica (300 ° C), la formación de películas ITON. El sustrato
era de tipo p oblea de silicio con 0,5 mm de espesor. Las películas delgadas se midieron con Raman,
SEM (Microscopía Electrónica de Barrido), el análisis de efecto Hall, el análisis y RBS IXV
(Rutherford Back Scattering). RBS espectros mostró la presencia de nitrógeno. El objetivo del trabajo
fue confirmar que el nitrógeno se incorporó en la película ITON. De hecho, se ha verificado. Además,
este material tiene propiedades interesantes que lo hacen útil en el área de optoelectrónico. Podría ser
utilizado en las células solares o sensores UV.
Abstract. The oxynitrides of many metals have been investigated during the last decade. Indium tin
oxide (ITO) is an n-type degenerate semiconductor with a band gap that varies between 3.2 and 4.0
eV. Recently it was obtained a new oxide type that combines ITO and nitrogen: the indium-tinoxynitride (ITON). The incorporation of nitrogen into the film could improve further the optical and
structural properties of the ITON films and thus making ITON film an ideal transparent and
conducting material for opto-electronic applications. The deposition of oxide and oxynitride thin films
is generally performed in plasma-containing systems like sputtering and pulsed-laser deposition
systems. In this work, ITO films were fabricated by evaporation and nitrogen was incorporated by
PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) technique (300 °C), forming ITON films. The
substrate was p-type silicon wafer with 0.5 mm thickness. The thin films were measured with Raman,
SEM (Scanning Electronic Microscopy), Hall effect analysis, IxV analysis and RBS (Rutherford Back
Scattering). RBS spectra showed the presence of nitrogen. The work objective was to confirm that
nitrogen was incorporated in ITON film. In fact, it was verified. Furthermore, this material has
interesting properties that make it useful in optoelectronic area. It could be used in solar cells or UV
sensors.
Estudio de películas delgadas de Cu2ZnSnS4 preparadas por
evaporación secuencial
Study of Cu2ZnSnS4 thin films prepared by sequential evaporation
C Calderón1, M Hurtado2, P Bartolo-Pérez3 and G Gordillo1
1
2
Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
3
Departamento de Física Aplicada, CINVESTAV-IPN, Mérida, Yuc., México
Resumen. El Cu2ZnSnS4 (CZTS) ha sido considerado como una capa absorbente alternativa al
Cu(In,Ga)Se2 la cual se ha usado ampliamente en la manufactura del celdas solares de película delgada
debido a su abundancia en la Tierra y constituyentes amigables con el ambiente, brecha de energía
prohibida directa óptima de 1.4 a 1.6 eV y coeficiente de absorción alto (>10 4 cm-1). En este trabajo
reportamos sobre las condiciones para crecer películas delgadas en la fase Cu 2ZnSnS4 con estructura
tipo kesterita tetragonal preparadas por evaporación secuencial de los precursores metálicos
elementales bajo un flujo de S2 suministrado desde una celda de efusión, y sobre resultados obtenidos
de caracterización estructural llevados a cabo mediante medidas de difracción de rayos X (XRD) y
espectroscopía Raman. Además, la química de superficie y la homogeneidad de la composisición
química en el volumen se estudiaron mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y
análisis de espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDAX). Los estudios de XRD y
espectroscopía Raman dieron evidencia de la formación de películas de CZTS de una sola fase con
estructura kesterita usando parámetros de crecimiento optimizados; los análisis XPS confirmaron este
resultado. Sin embargo, la secuencia en la cual los precursores metálicos son evaporados, afecta
significativamente las propiedades de las películas de CZTS.
Abstract. Cu2ZnSnS4 (CZTS) has been considered as an alternative absorber layer to Cu(In,Ga)Se2
which is widely used in the manufacture of thin film solar cells due to its Earth abundant and
environmental friendly constituents, optimal direct band gap of 1.4-1.6 eV and high absorption
coefficient (>104 cm-1). In this work we report on the conditions to grow single phase Cu 2ZnSnS4 thin
films with tetragonal-kesterite type structure prepared by sequential evaporation of the elemental
metallic precursors under a flux of S2 supplied from an effusion cell, and on results obtained from
structural characterization carried out by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy
measurements. Further, the surface chemistry and the chemical composition homogeneity in the
volume were studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy-dispersive X-ray
spectroscopy (EDAX) analysis. XRD and Raman spectroscopy studies gave evidence of the formation
of single phase CZTS films with kesterite structure using optimized growth parameters; XPS analysis
confirmed this result. However the sequence in which the metallic precursors are evaporated,
significantly affects the properties of the CZTS films.
Caracterización de nanocristales de PbS anclados sobre nanotubos
de carbono dopados con nitrógeno
Characterization of PbS nanocrystals anchored on nitrogen-doped
carbon nanotubes
B Rebollo-Plata1, E Gracia-Espino2, O Portillo-Moreno3, M A Guzmán-Altamirano1, J
G Cabal-Velarde1, K Martínez-Juárez4, C F Bravo-Barrera4 and S Jiménez-Sandoval5
1
Instituto Tecnológico Superior de Irapuato, Irapuato, Gto., México
2
Department of Physics Umea University, Umea, Sweden
2
Department of Chemistry Umea University, Umea, Sweden
3
Laboratorio de Ciencia de Materiales. Facultad de Ciencias Químicas, Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México
4
Comisión Federal de Electricidad, Laboratorio de Pruebas de Equipos y Materiales,
Irapuato, Gto., México
5
Centro de Investigación y Estudios avanzados Laboratorio de Materiales
Resumen. Por sus propiedades unicas, los nanotubos de carbono están en una plataforma interesante
para estudiar su interacción con otros materiales. Por otra parte, el sulfuro de plomo (también conocido
como galena) es elegido por su potencial uso como sensor en el infrarrojo medio. Como nanopartícula,
el sulfuro de plomo puede ser usado en dispositivos electroluminiscentes tales como: Diodos emisores
de luz; y en dispositivos ópticos tales comointerruptores ópticos debido a sus propiedades ópticas no
lineales de tercer orden.
En este trabajo, hemos sintetizado nanotubos de carbono dopados con nitrógeno con la técnica CVD.
También se han sintetizado nanocristales de PbS utilizando la técnica de baño químico. El anclaje de
los nanocristales en la superficie de los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno fue realizado con
el método de sonicación. Este compuesto puede ser propuesto para distintas aplicaciones.
Abstract. For their unique properties, carbon nanotubes are an interesting platform to study the
interaction with others materials. Moreover, lead sulfide (also known as galena) is chosen because of
its potential use in mid-infrared sensing. As nanoparticle, lead sulfide can be used in
electroluminescent devices such as light-emitting diodes; and optical devices such as optical switches
due to the high third-order nonlinear optical properties.
In this work, we have made synthesis of nitrógen-doped carbon nanotubes with CVD technique. Were
also PbS nanocrystals synthesized using the technique of chemical bath. The anchoring of the
nanocrystals on the surface of the nitrogen-doped multi-wall carbon nanotubes was made with
sonication method. This composite can be proposed for different applications.
Patrón de difracción de películas nanométricas bajo la iluminación
de un haz con momento angular orbital con carga topológica
entera
Diffraction pattern of nanometric thin films under illumination of
an orbital angular momentum beam with integer topological
charge
J H Mendoza-Castro1,2, C F Díaz-Meza1, 2, C H Acevedo-Cáceres1 and Y TorresMoreno1
1
Grupo de Óptica y Tratamiento de Señales, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de
2
Escuela de Ingeniería Eléctrica Electrónica y de Telecomunicaciones, Facultad de
Ingenierías Fisicomecánicas, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. El momento angular orbital MAO, de la luz ha contribuido en aplicaciones tanto en el
campo de la ingenieria como en el de las comunicaciones opticas, ya que esta propiedad física permite
que se generen estados propios de la rotación del frente de onda electromagnética sobre su eje de
propagación. La naturaleza de estos estados permiten que pueda codificarse información, que al ser
transmitida en el espacio libre, le confiere inmunidad a la interferencia electromagnética y puede
permitir un aumento en el ancho de banda, la cadencia y la capacidad en los canales de comunicación.
En este trabajo se presenta la metodología para que, películas delgadas de espesores nanométricos de
Óxido de Titanio (TiO2), crecidas sobre Titanato de Estroncio (SrTiO3), sean usadas para distinguir y
discriminar un valor bien definido de la carga topológica entera de un haz MAO.
Abstract. The orbital angular momentum of light has a big contribution in many engineering
applications like optical communications, because this physical property allows eigenstates
characteristic of the wavefront rotation when the beam is propagated. The nature of these eigenstates
allow that information can be encoded and gives immunity to electromagnetic interference, allowing
an increase of bandwidth, cadence and capacity of the communication channel. This work shown the
methodology using nanometric thin films like Titanium based (TiO2) grown over strontium titanate
(SrTiO3) support, to distinguish and discriminate a well-defined integer value of the topological
charge of an MAO beam.
Nuevo comportamiento magnético en multicapas?
New magnetic behavior in multilayers?
M Sousa1, U Chacón-Hernandez1, J Quispe-Marcatoma2 and E Baggio-Saitovitch1
1
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Brazil
2
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Peru
Resumen. Las multicapas policristalinas de Pt(10Å)/IrMn(150Å)/Cu(15Å)/[Co(4Å)/Pt(10Å)]6
crecieron a temperatura ambiente por magnetron sputtering sobre Si (111). Antes del crecimiento la
presión de base en la cámara fue de 2x10-8 Torr y, durante el crecimiento de 3 mTorr (Ar). Curvas de
histéresis [M (H)] de las multicapas fueron medidas en el rango de temperatura entre 2 y 300 K,
utilizando el sistema PPMS DynaCool de la Quantum Design. La medida a 300 K refleja un
comportamiento magnético conocido de las multicapas Co/Pt en el eje de fácil magnetización
perpendicular al plano de la película. Por otra parte, M(H) para el rango de temperatura de 25 K < T <
250 K exhibe una característica escalonada. Este comportamiento de escalón observado puede
explicarse teniendo en cuenta que las capas de Co sufren una influencia diferente al del campo
magnético aplicado. Particularmente, el fascinante comportamiento ocurre en el intervalo de
temperatura de 2 a 25 K. Similar comportamiento (bucle de mariposa) fue observado en sistemas
magnéticos/superconductores y atribuido a una contribución superconductora tipo II. Por otro lado, el
comportamiento magnético exhibido por las muestras se asocia principalmente con la competencia
entre el efecto de Exchange Bias en el plano y la anisotropía perpendicular.
Abstract. A polycrystalline Pt(10Å)/IrMn(150Å)/Cu(15Å)/[Co(4Å)/Pt(10Å)]6 multilayer was grown at
8
room temperature by magnetron sputtering onto Si(111), in a system with a base pressure of 2  10
Torr. An argon pressure of 3 mTorr was used during the deposition. Hysteresis curves [M(H)] of the
multilayer, performed in the temperature range from 2 to 300 K, were measured using a commercial
PPMS DynaCool system from Quantum Design. The M(H) of the multilayer measured at 300 K
reflects the well-known magnetic behavior of Co/Pt multilayers with the easy magnetization axis
perpendicular to the film plane. On the other hand, the M(H) recorded for the temperature range 25 K
 T  250 K exhibits a step-like feature. The observed step-like behavior can be explained considering
that the Co layers suffer a different influence of the applied magnetic field. Particularly, the fascinating
hysteretic behavior of the multilayer occurs in the temperature range from 2 to 25 K. Similar behavior
(butterfly loop) was observed only in hybrid magnetic/superconductor systems and attributed to a typeII superconductor contribution to the behavior of the samples. We argue that the magnetic behavior
exhibited by the sample is mainly associated with the competition between the in-plane exchange bias
effect and the perpendicular anisotropy.
Influencia de la capa buffer en el acoplamiento exchange spring de
la tricapa NiFe/IrMn/Co
Influence of the buffer layer on the exchange spring coupling of
the NiFe/IrMn/Co trilayer
I L Castro1, V P Nascimento2, E C Passamani2, F Pelegrini3 and E Baggio-Saitovitch1
1
2
Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, Brazil
3
Universidade Federal de Goiás, Goiânia, Brazil
Resumen. Las propiedades magnéticas de las multicapas NiFe/IrMn/Co fueron investigadas a través
de medidas de magnetometría y resonancia ferromagnética. El comportamiento Spring magnético ha
sido estudiado utilizando dos capas buffer distintas (Cu o Ta) depositadas sobre sustrato de Si (001) y
variando la espesura de la capa de IrMn. Estas capas buffer provocan diferentes grados de textura
(111)-fcc, que afectan directamente el comportamiento del acoplamiento Exchange Spring en las
tricapas NiFe/IrMn/Co. Se observó particularmente un comportamiento de Exchange Spring opuesto
para los sistemas con capas buffer de Cu y Ta, entretanto el ángulo de acoplamiento entre las capas
ferromagnéticas de Co y NiFe parece aumentar para el sistema con capa buffer de Cu y, se reduce para
el sistema con buffer de Ta. Estos resultados fueron explicados considerando diferentes anisotropías de
las capas de Co y de IrMn, que mudan el Exchange Bias en las interfaces NiFe/IrMn y IrMn/Co.
Abstract. Magnetic properties of sputtered NiFe/IrMn/Co trilayers were investigated by magnetometry
and ferromagnetic resonance measurements. Magnetic spring behavior has been studied by changing
the IrMn thickness as well by the different buffer layers (Cu or Ta) deposited on Si (001) substrates.
These two buffer layers provoke different degrees of (111) fcc-texture that directly affect the exchange
spring coupling behavior of coupled NiFe/IrMn/Co trilayers. It was specifically observed opposite
exchange spring behaviors for these Cu and Ta buffer layer systems; while the coupling angle between
the Co and NiFe ferromagnetic layers seems to increase for the Cu buffer layer trilayer, it reduces for
the Ta case. The results were explained considering different anisotropies of the Co and IrMn layers,
which change the exchange bias at the NiFe/IrMn and IrMn/Co interfaces.
Susceptibilidad magnética de un superconductor isotrópico:
formalismo GL
Magnetic susceptibility of an isotropic superconductor: GL
formalism
C A Aguirre1, J D González2 and J Barba-Ortega1
1
2
Departamento de Física, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia
Resumen. La firma magnética de un superconductor nanoscópico inmerso en un campo magnético H
es calculada numéricamente. La susceptibilidad magnética calculada ∂B⁄∂H de un nanoprisma
superconductor muestra discontinuidades y una modulación cuasiperiódica hacia los campo de
transición de vórtices HT (campos en los cuales uno o más vórtices entran/dejan la muestra). Estas
discontinuidades o saltos, conducen a la predicción de saltos en el calor específico en HT. En esta
contribución, estudiamos la influencia del tamaño de la muestra y del parámetro Ginzburg Landau κ
sobre la susceptibilidad magnética en un superconductor isotrópico tipo II. Demostramos que
diferentes tamaños de la muestra (y valores de κ) conducen a diferentes firmas de la susceptibilidad
magnética.
Abstract. The magnetic signature of a nanoscopic superconductor immersed in an applied magnetic
field H is calculated numerically. The calculated magnetic susceptibility ∂B⁄∂H of a superconducting
large nanoprism shows discontinuities and a quasiperiodic modulation at the vortex transition fields HT
(fields for which one or several vortices enters/leaves the sample). These discontinuities or jumps,
leads to the prediction of specific- heat jumps at HT. In this contribution we studied the influence of the
size of the sample and the Ginzburg Landau parameter κ on the magnetic susceptibility in a type II
isotropic superconductor. We demonstrated that different sizes of the sample (and κ values) lead to
distinct signatures of the magnetic susceptibility.
Estudio y caracterización de capas de (Ga,As) Mn depositadas por
magnetrón sputtering RF
Characterization and study of (Ga,As) Mn layers deposited by
magnetron sputtering RF
J Doria1,2, C Pulzara-Mora1, R Medina1, A Rosales- Rivera3 and A Pulzara-Mora1
1
Laboratorio de Nanoestructuras Semiconductoras, Universidad Nacional de Colombia,
Manizales, Colombia
2
Laboratorio de Materiales Cerámicos y Vítreos, Departamento de Física, Universidad
Nacional de Colombia, Medellín, Colombia
3
Laboratorio de Magnetismo y Materiales Avanzados, Universidad Nacional de Colombia,
Manizales, Colombia
Resumen. En este trabajo se presentan los resultados de la preparación y caracterización de capas de
GaAsMn por magnetron sputtering rf sobre sustrato de GaAs(100), Si (100) y vidrio corning con el fin
de estudiar sus propiedades estructructurales, morfologicas y opticas. El crecimiento se realizó
alternando capas de GaAsMn y capas de GaAsMna partir de blancos de GaAs y Mn durante periodos
de tiempos determinados. En el analisis XRD (θ − 2θ) se observó un pico característico en 2θ = 66.1°
debido a la incorporación de del Mn en la matriz GaAs. Los espectros Raman muestran un fuerte
dependencia de los modos de vibración LO (291.27 cm−1) y TO (265.71 cm−1) con la concentración. Se
analizó el comportamiento eletrico y ferromagentico de las muestras a partir de medidas de efecto Hall
y ciclos de histeresis (M vs B) y curvas de M vsT.
Abstract. In this paper the results of the preparation and characterization of GaAs layers are prepared
by rf magnetron sputtering on GaAs: Mn substrate (100), Si (100) and corning glass in order to study
their structural, morphological and optical properties. The growth was performed alternating layers of
GaAsMn layers GaAsMn and whites from GaAs and Mn during certain time periods. In the XRD
analysis (θ - 2θ) was observed a characteristic peak at 2θ = 66.1° due to the incorporation of the matrix
Mn on the GaAs. The Raman spectra show a strong dependence of the vibrational modes LO (291.27
cm-1) and TO (265.71 cm-1) with concentration. Electric and ferromagnetic the behavior of the samples
from measurements of Hall effect and hysteresis loops (M vs B) and M vs T curves were analyzed.
Estudio sobre el efecto de la supersaturación en fase gaseosa sobre
las transiciones morfológicas y propiedades ópticas de las
nanoestructuras de ZnO
Induced morphology transitions on ZnO nanostructures: gasphase supersaturation effect
D N Montenegro1, V Muñoz-Sanjosé2 and J Jimenez3
1
Grupo de Física de Materiales (GFM), Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia
2
Departamento de Física Aplicada y Electromagnetismo, Universitat de València, Burjassot,
España
3
GdS-Optronlab, Departamento Física Materia Condensada, Edificio I+D, Universidad de
Valladolid, Valladolid, España
Resumen. En los últimos años se ha sucitado un creciente interés investigativo sobre la síntesis del
ZnO a escala nanométrica. Esto se debe principalmente a las propiedades únicas que exhibe este
semiconductor que hacen a sus nanoestructuras potenciales candidatos para la aplicación en una amplia
gama de dispositivos tecnológicos. Adicionalmente sus propiedades de biocompatibilidad y no
toxicidad lo hace un material atractivo para la integración en dispositivos biomédicos. Este trabajo
presenta un estudio sobre las transiciones morfológicas inducidas en nanoestructuras de ZnO mediante
la variación sistemática del gradiente de temperaturas y el tiempo de crecimiento, usando el método de
transporte en fase gaseosa. La profundización sobre los mecanismos de crecimiento permitió formular
un modelo basado en el efecto del nivel de supersaturación de las especies gaseosas, fuentes de
material, a lo largo de la zona de cristalización. Adicionalmente, tambien se profundizó en la
influencia de las condiciones de crecimiento sobre las propiedades ópticas vibracionales y
catoluminiscentes de las nanoestructuras de ZnO.
Abstract. In recent years, special attention is being paid to ZnO nanostructures and related alloys due
to the attractive physical properties of ZnO such as a direct band-gap of 3.37 eV, a high exciton
binding energy of 60 meV, piezoelectricity, surface chemistry sensitive to environment and
biocompatibility. All these properties make ZnO nanostructures good candidates for applications in
several technology devices. This work shows a systematic study of ZnO nanostructures grown by
physical vapour deposition (PVD). We have deepened on induced morphology transitions by changing
controllably temperature gradient and time growth parameters. From our results, we have proposed a
nanostructures growth model based on the gas-phase supersaturation along the whole crystallization
zone during synthesis process. In addition, we have emphasized on the influence of growth conditions
on the optical properties, vibration modes and cathodoluminescence, of ZnO nanostructures.
Tratamiento térmico con láser IR de películas de ZnO elaboradas
por deposición por láser pulsado (PLD): durante el crecimiento vs
post-crecimiento
IR laser annealing pulsed laser deposition ZnO thin films:
simultaneous growth process vs. post-growth
D Padilla-Rueda1-2, J M Vadillo2 and J Laserna2
1
Grupo de Espectroscopía Óptica de Emisión y Láser; Universidad del Atlántico,
2
Department of Analytical Chemistry, Faculty of Science, University of Malaga (UMA),
Malaga, Spain
Resumen. Se han elaborado películas de ZnO, a temperatura ambiente, sobre sustratos de vidrio, con
un sistema de Deposición por láser pulsado (PLD) modificado para realizar recocido por láser pulsado
durante el crecimiento. El láser pulsado IR fue dividido en dos haces: uno para el proceso de ablación
y el otro para hacer recocido sobre la película durante el crecimiento. Los haces son
independientemente ajustados. La composición química y las propiedades morfológicas, estructurales
y ópticas de las películas se caracterizaron en función de la energía del láser de recocido. Las películas
sin tratamiento tienen excelentes propiedades morfológicas y ópticas, con un band gap en 3.29 eV. El
espectro de fotoluminiscencia muestra dos bandas: UV y visible. El incremento en la energía del láser
post-crecimiento reduce el espesor y los defectos estructurales y desplaza el band gap (3.30 eV). El
incremento de la energía del láser on-line eleva la intensidad de la banda UV, se mejoran la
estequiometría y la cristalinidad y se reducen el espesor, el tamaño de grano, la intensidad de la banda
visible y la transmitancia óptica. El band gap se desplaza (3.28 eV). Este sistema permite la
elaboración de películas sobre sustratos que no pueden ser calentados directamente.
Abstract. ZnO thin films have been elaborated at room temperature over glass substrate with a pulsed
laser deposition (PLD) system modified to perform on-line pulsed laser annealing on the substrate. The
pulsed IR laser was split in two beams, one for the ablation process of the target and the second beam
for pulsed annealing of the substrate. Both beams were independently adjusted. The chemical
composition and morphological, structural and optical properties of films was studied as a function of
laser annealing fluence. As-grown films exhibit excellent morphological and optical properties with
optical gap in 3.29 eV. Photoluminiscence spectra show two main bands: UV and visible. Increasing
laser fluence in post-growth annealing reduces film thickness, structural defects and the intensity of
both bands, modifies film morphology and shifts the optical gap to 3.30 eV. With on-line treatment is
improved the stoichiometry and the cristallinity, the intensity of the UV band increases with the
increment of energy of laser annealing; the film thickness, grain size, the intensity of the visible band
and the optical transmittance decreases. The optical gap shifts 3.28 eV. Our instrumental approach
allows the elaboration of films with tailored characteristics over substrates that it can not be directly
heated.
Método automatizado y de bajo coste para la producción
localizada de nanoporos de estado sólido
Automated and low cost method to manufacture addressable solidstate nanopores
M Vega1, C Lasorsa1,2, P Pineda1, B Lerner1,3, M J Dieguez4 and M Perez1,3
1
Special Coating by Plasma Processing Techniques, National Technological University
(UTN), Buenos Aires, Argentina
2
MEMS Group, National Atomic Energy Commission, Buenos Aires, Argentina
3
INTEC (UNL-CONICET), Santa Fe, Argentina
4
Institute of Genetics Ewald A. Favret INTA-Castelar, Buenos Aires, Argentina
Resumen. En este trabajo, se propone una técnica sencilla, reproducible y económica para la
producción de nanoporos en estado sólido, usando como sustrato obleas de silicio. La técnica se basa
en el control de la formación del poro, llevando a cabo una neutralización del ataque químico
producido por el KOH, usando un ácido fuerte de forma local. Para el proceso de ataque, se utilizó
KOH 7M a 80°C, donde se obtuvo una velocidad de 1.23 μm/min similares a las reportadas en
bibliografía (1). El control de la formación del poro se llevó a cabo exponiendo la cara cis de la oblea
con HCl 12M y en la cara trans KOH 4M. Se utilizó esta estequiometria con el fin de garantizar el
exceso de HCl en la reacción de frenado. Se estudiaron tres condiciones extremas de proceso, i) 25°C,
ii) 80°C, iii) a 80°C aplicando potencial. A partir de estos estudios se encontró que los nanoporos se
pueden obtener de forma automática y reproducible, donde el sustrato queda completamente limpio
después del proceso de obtención de los mismo aplicando potencial en el proceso de frenado químico.
Por lo tanto, esta técnica ofrece la posibilidad de producir nanoporos a escala industrial a bajo coste.
Abstract. In this research an easy, reproducible and inexpensive technique for the production of solid
state nanopores, using silicon wafer substrate is proposed. The technique is based on control of pore
formation, by neutralization etchant (KOH) with a strong acid. Thus, a local neutralization is produced
around the nanopore, which stops the silicon etching. The etching process was performed with 7M
KOH at 80°C, where 1.23 μm/min etchings speed was obtained, similar to those published in literature
(1). The control of the pore formation with the braking acid method was done using 12M HCl and
different extreme conditions: i) at 25ºC, ii) at 80°C and iii) at 80°C applying a potential. In these
studies, it was found that nanopores can be obtained automatically, addressable and at a low cost.
Additionally, a way to obtain the nanopores leaving the silicon wafer completely clean after the
etching process was found. Therefore, this technique offers the possibility to produce industrial scale at
low cost nanopores.
Efecto de la técnica de conformado de recubrimientos Bi xSiyOz
obtenidos vía sol-gel y soportados sobre sustratos de acero 316L
Technical effect coatings forming BixSiyOz obtained from sol-gel
and supported on stainless steel 316L substrates
J Bautista-Ruiz1,2, J Olaya-Flórez2 and W Aperador3
1
2
3
School of Engineering, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Se sintetizaron recubrimientos tipo BixSiyOz vía sol-gel a partir del nitrato de bismuto
pentahidratado y el tetraetil ortosilicato, como precursores; ácido acético glacial y 2-etoxi-etanol como
solventes y, monoetanolamina como acomplejante. Los recubrimientos fueron soportados sobre
sustratos de acero inoxidable AISI 316L mediante las técnicas de inmersión y centrifugado. El estudio
mostró que la técnica de centrifugado es eficiente que la de inmersión porque permite obtener películas
más densas y homogéneas.
Abstract. BixSiyOz type coatings via sol-gel synthesized from bismuth nitrate pentahydrate, and
tetraethyl orthosilicate as precursors; glacial acetic acid and 2-ethoxyethanol as solvents, and
ethanolamine as complexing. The coatings were supported on stainless steel AISI 316L substrates
through dip-coating and spin-coating techniques. The study showed that the spin-coating technique is
efficient than dip-coating because it allows more dense and homogeneous films.
Evaluación del fenómeno de micro abrasión-corrosión en
recubrimientos SiO2-TiO2- ZrO2 sintetizados a partir del método
sol-gel
Evaluation of micro abrasion-corrosion on SiO2-TiO2- ZrO2
coatings synthesized by the sol-gel method
J Bautista-Ruíz1, W Aperador2 and J L Caballero2
1
2 School of Engineering, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Las empresas de energía eléctrica cuentan con infraestructura conformada de manera
general por las líneas de transmisión y de distribución, por lo que se hace necesario caracterizar el
proceso de deterioro de los componentes básicos de la infraestructura; en este caso el alambre de acero
el cual está expuesto a ambientes corrosivos; por esta razón tradicionalmente dicho alambre es
recubierto con zinc o aluminio, y alternativamente se puede nitrurar. Teniendo en cuenta la diversidad
geográfica de nuestro país y la exposición a entornos climatológicos extremos, la corrosión
atmosférica presenta tasas representativas que afectan la vida útil de las estructuras. Por ejemplo, en
ambientes muy húmedos como zonas costeras y zonas de gran altitud, el tiempo de humectación
(TOW) parámetro que reúne las condiciones de temperatura y humedad relativa afecta en gran
proporción, acelerando la corrosión en los materiales ferrosos. En este trabajo se evalúa el
comportamiento electroquímico comparativo del núcleo de acero desnudo, recubierto con zinc, y
nitrurado por implantación iónica.
Abstract. The electric companies generally conformed infrastructure for transmission and distribution
lines, so it is necessary to characterize the process of deterioration of basic infrastructure components;
in this case the steel wire which is exposed to corrosive environments; therefore traditionally said wire
is coated with zinc or aluminum, and may alternatively be nitrided. The geographic diversity of our
country and exposure to extreme weather environments, presents representative atmospheric corrosion
rates affecting the life of the structures. For example, in high humidity environments such as coastal
areas and areas of high altitude, time of wetness (TOW) parameter that meets the conditions of
temperature and relative humidity affects a large proportion, accelerating the corrosion of ferrous
materials. In this paper the comparative electrochemical behavior of bare steel core coated with zinc
and nitrided by ion implantation is evaluated.
Estudio tribocorrosivo de los recubrimientos
[HfN/VN]n, depositados sobre acero AISI 4140
multicapas
Study Tribocorrosivo of the multilayers coatings [HfN/VN] n
deposited on AISI 4140 Steel
M Mora1, E Vera2 and W Aperador3
1
Fundación Universitaria Juan de castellano, Tunja, Colombia
2
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Tunja, Colombia
3
School of Engineering, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá D.C., Colombia
Resumen. Se presenta el comportamiento sinérgico corrosión/desgaste (tribocorrosión) de los
recubrimientos multicapas [HfN/VN]n, depositados sobre acero AISI 4140 por medio de la técnica de
deposición física en fase vapor PVD magnetrón sputtering, las pruebas se realizaron en un equipo
potenciostáto galvanostáto adaptado a un tribómetro tipo pin sobre disco y una celda electroquímica de
tres electrodos. Se determinaron los parámetros tribocorrosivos tales como: Coeficiente de fricción
entre el recubrimiento y el contracuerpo (bola de acero 100 Cr6); resistencia a la polarización por
medio de la técnica espectroscopía de impedancia electroquímica y velocidad de corrosión mediante
curvas de polarización. En cuanto a los resultados obtenidos, se observó un aumento en la resistencia a
la polarización, una disminución en la velocidad de corrosión y un bajo coeficiente de fricción a
medida que aumenta el voltaje de polarización el número de bicapas, todo esto en comparación al
sustrato.
Abstract. Is presented the synergistic behavior corrosion / wear (fretting corrosion) of the multilayer
coatings [HfN / VN] n, deposited on AISI 4140 steel using the technique of physical vapor deposition
PVD magnetron sputtering, the tests were performed on a potentiostat galvanostat equipment adapted
to a tribometer pin-on-disk type and three-electrode electrochemical cell. Were determined the
parameters such as tribocorrosivos: Friction coefficient between the coating and the counter body (100
Cr6 steel ball); Polarization resistance by means of electrochemical impedance spectroscopy technique
and corrosion rate by polarization curves. As to the results an increase in the polarization resistance a
decrease in the corrosion rate and a low coefficient of friction with increasing bias voltage the number
of bilayers was observed this compared to the substrate.
Efecto del contenido de plata sobre la microestructura y
comportamiento a la corrosión de los recubrimientos de nitruro de
titanio dopado con nanopartículas de plata TiN(Ag)
Effect of silver content on the microstructure and corrosion
behavior of tantalum nitride coatings doped with silver
nanoparticles TiN(Ag)
A Quirama-Ossa1, G Bejarno1 and J Osorio2
1
Centro de InvestigaciónInnovación y Desarrollo de Materiales (CIDEMAT), Universidad de
Antioquia, Medellín, Colombia
2
Grupo de Estado Sólido, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. El nitruro de titanio ha sido utilizado ampliamente como recubrimiento protector al
desgaste y a la corrosión en diferentes tipos de aceros y aleaciones de titanio. Una estrategia para
mejorar estas propiedades de los recubrimientos es su dopaje con elementos pasivos y autolubricantes
como la plata, el cobre, el vanadio y el carbono, entre otros. Sin embargo el efecto autolubricante del
dopante en la matriz depende de su contenido, tamaño, forma y distribución, los cuales afectan las
propiedades microestructurales, mecánicas, tribológicas, eléctricas y biológicas. Este trabajo se enfocó
en la deposición del nitruro de titanio dopado con diferentes cantidades de nanopartículas de plata,
para determinar la influencia del contenido de plata sobre la microestructura, composición química,
distribución de fases y resistencia a la corrosión del recubrimiento nanocompuesto de TiN(Ag). Los
recubrimientos se depositaron mediante la técnica de pulverización catódica asistida por campo
magnético a partir de blancos confrontados de titanio y de plata. El porcentaje atómico de plata en el
TiN, entre 2,5 y 12,4%, se controló variando la potencia aplicada al blanco de plata. La
microestructura, composición química y de fases, fueron evaluados por Microscopia Electrónica de
Barrido (SEM), Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos-X (EDX) y Difracción de Rayos-X
(DRX). El comportamiento de los recubrimientos frente a la corrosión en una solución de fluido
simulado (SBF) en función del contenido de plata, se determinó mediante mediciones de impedancia
electroquímica (EIS) y curvas de polarización. Se pudo observar una densificación y un aumento del
espesor de las recubrimientos nanocompuestos de TiN(Ag) con el incremento del contenido de plata,
así como una disminución de la cristalinidad del TiN, el cual mostró un crecimiento preferencial en la
dirección cristalográfica (111), acorde al análisis de DRX. Las muestras recubiertas con TiN(Ag)
presentaron una mayor resistencia a la corrosión que aquellas recubiertas solamente con TiN, y que
mejoró con el incremento del contenido de plata. Estos resultados sugieren un mejoramiento de la
resistencia a la corrosión del TiN al doparlo con nanoparticulas de plata posibilitando aplicaciones más
seguras y efectivas en partes de implantes e instrumentos quirúrgicos que llegan a estar en contacto
con fluidos corporales.
Abstract. Titanium nitride has been widely used as wear and corrosion protective coatings for
different types of steels and titanium alloys. A strategy to improve these coatings is their doping with
passive and self-lubricating elements such as silver, copper, vanadium and carbon, among others.
However, the lubricating effect of the dopant in the matrix depends on its content, size, shape and
distribution, affecting the microstructure, mechanical, tribological, electrical and biological properties.
This work focused on the deposition of titanium nitride doped with different amounts of silver
nanoparticles to determine the influence of silver content on the microstructure, the chemical
composition, phase distribution and corrosion resistance of the nanocomposite coatings of TiN (Ag).
The coatings were deposited by magnetron sputtering technique using confronted titanium- and silvertargets. The atomic percentage of silver in the TiN, ranging from 2.5 to 12.4%, was controlled by
varying the power applied to silver target. The microstructure, chemical and phase composition were
evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)
and X-ray Diffraction (XRD). The corrosion behavior of the coatings in a simulated body fluid (SBF)
as function of the silver content was determined by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)
and Polarization Curves measurements. A densification and an increase in thickness of the TiN (Ag)
nanocomposite coatings with increasing silver content was observed, as well as a decreasing
crystallinity of TiN, which according to XRD analysis showed a preferential growth in the
crystallographic orientation (111). The samples coated with TiN(Ag) presented a higher corrosion
resistance than those coated only with TiN, which further improved with increasing silver content.
These results suggest an improvement in the corrosion resistance of TiN doped with silver
nanoparticles allowing safer and more effective applications in parts of implants and surgical
instruments that become in contact with body fluids.
Síntesis de nanopartículas de plata utilizando agentes reductores
presentes en extracto de hojas de mangifera indica
Synthesis of silver nanoparticles using reducing agents present in
the extract of leaves of mangifera indica
S A Martínez-Dylan1, S N Correa2 and A Herrera1
1
Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena
2
Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad Pontificia Bolivariana
Resumen. Se estudió la síntesis de nanopartículas de plata (AgNPs) a partir de la reducción de nitrato
de plata (1 y 10 mM) en presencia de un extracto de hojas de Mangifera indica. Las nanopartículas
sintetizadas fueron caracterizadas utilizando espectroscopia de ultravioleta visible (UV-vis) mostrando
absorbancias en las longitudes de onda de 417 nm (AgNPs-1) y 414 nm (AgNPs-10), siendo estos
picos característicos de estas nanopartículas. También se determinó el tamaño hidrodinámico de las
nanopartículas en suspensión, mediante dispersión de luz dinámica (DLS) mostrando tamaños
promedio de 187 nm (AgNPs-1) y 175 nm (AgNPs-10), lo cual indica la ventaja de la metodología de
química verde para la obtención de nanopartículas metálicas.
Abstract. It was studied the synthesis of silver nanoparticles (AgNPS) from the reduction of a silver
nitrate solution (1 to 10 mM) in the presence of an extract of Mangifera indica leaves. The synthesized
nanoparticles were characterized by UV visible spectroscopy (UV-vis) showing the absorbances at
wavelengths of 417 nm (AgNPS-1) and 414 nm (AgNPS-10), these peaks are characteristic of these
nanoparticles. Dynamic light scattering (DLS) was used to determine the hydrodynamic size of the
nanoparticles suspended in aqueous media. From this measurement, it was a observed an average
hydrodynamic size of about 187 nm (AgNPS-1) and 175 nm (AgNPS-10), suggesting the advantage of
the green chemistry systhesis to obtain metal nanoparticles.
Fotodegradación de fenol usando
multifuncional magnético/fotocatalítico
un
nanocompuesto
Photodegradation
of
phenol
using
magnetic/photocatalytic nanocomposite
a
multifunctional
A M Reyes-Ramos1, J Colina-Márquez1 and Herrera Adriana1
1
Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena
Resumen. Nanocompuestos magnético/fotocataliticos se prepararon a partir de la encapsulación de
nanopartículas de Fe3O4 (46 nm y 48 emu/g) en una matriz de poli-siloxano, que permitió la adhesión
de nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) (19 ± 4 nm y 96% anatasa). Las capacidades de
fotodegradación de los nanocompuestos se ensayaron en suspensión acuosa a un pH de 3,0 utilizando
una solución de fenol preparado a 50 ppm. Los nanocompuestos sintetizados se añadieron a
concentraciones de 0,2, 0,5, y 1,0 g / L. El proceso de fotodegradación se llevó a cabo mediante el uso
de irradiación ultravioleta UV (λ=375 nm) durante 6 h con una agitación constante de 100 rpm.
Posteriormente, se observó una fotodegradación de hasta un 95% de fenol mediante el uso de 0,2 g/L
del nanocompuesto preparado con 0,3 g de nanopartículas de TiO2. Después del proceso de
fotodegradación, las nanopartículas multifuncionales fueron retiradas del medio acuoso mediante la
aplicación de un campo magnético. También se evaluó la posibilidad de volver a utilizar estos
nanomateriales, observando una disminución del 25% de su actividad fotocatalítica después de 5 ciclos
continuos de fotodegradación, lo que sugiere la versatilidad de estos nanocompuestos para la
fotodegradación de contaminantes orgánicos.
Abstract. Magnetic/photocatalyst nanocomposites were prepared from the encapsulation of Fe3O4
nanoparticles (46 nm and 48 emu/g) in a poly-siloxane matrix, which allowed the graft of titanium
dioxide (TiO2) nanoparticles (19 ± 4 nm and a 96% of the crystal phase anatase). The
photodegradation capacities of the synthesized nanocomposites were tested in aqueous suspension at
pH 3.0 using a phenol solution prepared at 50 ppm. The synthesized nanocomposites were added at
concentrations ranged from 0.2, 0.5, and 1.0 g/L. Photodegradation process was carried out by using
ultraviolet irradiation UV (λ=375 nm) during 6 h with a constant agitation of 100 rpm. Afterwards, it
was observed a photodegradation of up to a 95% of phenol by using 0.2 g/L of the nanocomposite
prepared with 0.3 g of TiO2 nanoparticles. After the photodegradation process, the multifunctional
nanoparticles were removed from the aqueous media by applying a magnetic field. We also evaluated
the possibility to re-use these nanomaterials observing a 25% decrease of their photocatalytic activity
after 5 continuos cycles of photodegradation, suggesting the versatility of these nanocomposites for the
photodegradation of organic pollutants.
Molienda de materiales a través de cavitación ultrasónica
Milling materials through ultrasonic cavitation
A Santos1, R Guzmán1, J Espinosa1 and J Estrada1
1
Bucaramanga
Resumen. Este proyecto busca determinar la posibilidad de obtener partículas de tamaño nanométrico
de óxido de aluminio y dióxido de titanio a partir de polvos comerciales de tamaño micrométrico, a
través del principio físico de cavitación ultrasónica. Los ensayos se realizan en un equipo Hielscher
UIP 1000hd Ultrasonics, a una amplitud de onda de 80% y en tiempos de 6, 8, 12, 18 y 24 horas. La
determinación del tamaño de las partículas se realiza a través del procesamiento de imágenes mediante
el software ImageJ, obtenidas por la técnica de microscopía electrónica de barrido (MEB); mientras
que la composición elemental de las muestras procesadas se analiza a través de la técnica de
espectroscopia de energía de dispersión (EDS). Los resultados muestran que el óxido de aluminio y el
dióxido de titanio presentan un comportamiento de reducción del tamaño de las partículas después de
ser sometidas a cavitación ultrasónica, sin embargo solo se alcanza el tamaño nanométrico en las
muestras de dióxido de titanio; con respecto a la composición elemental se obtiene que ni el fluido ni
la técnica utilizada para la reducción de tamaño de las partículas afecta las muestras ensayadas.
Abstract. This project seeks to determine the possibility of obtaining nanosized particles of aluminium
oxide and titanium dioxide from commercial nanosized powders through physical principle of
ultrasonic cavitation. The tests were performed on a machine Hielscher UIP 1000 hd Ultrasonics at a
wave amplitude of 80% and in times of 6, 8, 12, 18 and 24 hours. The determination of particles size
were carried out through image processing using ImageJ software, obtained by scanning electron
microscopy (SEM); while the elemental composition of the processed samples is analyzed through
energy dispersion spectroscopy (EDS) technique. The results show that the aluminium oxide and
titanium dioxide present a behaviour of particles size reduction after being subjected to ultrasonic
cavitation, however only nanometric size is reached in the titanium dioxide samples; with regard to the
elemental composition is obtained that neither the fluid nor the technique used for particles size
reduction, affects the tested samples.
Efecto de la anisotropía estructural sobre las propiedades
electrónicas de un punto cuántico bajo campos magnéticos
Effect of structural anisotropy on the electronic properties of a
Quantum Dot under magnetic fields
A L Gelvez1 and W Gutiérrez1
1
Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga
Resumen. Se analiza el efecto de la anisotropía estructural de un punto cuántico autoensamblado de
InAs/GaAs sobre el espectro energético de un electrón y en presencia de un campo magnético aplicado
en la dirección de crecimiento. Dicha anisotropía es modelada mediante variaciones periódicas en la
altura del punto respecto al ángulo azimutal. Se considera primero un problema de QD lenticular con
simetría axial el cual se puede resolver completamente mediante la aplicación de la aproximación
adiabática. El problema del QD anisótropo es resuelto haciendo uso del método de Galerkín tomando
como base la solución obtenida para el punto lenticular axialmente simétrico. Se encontró que para
estructuras con simetrías rotacionales C2 y C4 se destruye la degeneración de los niveles presentada en
el caso isotrópico y aparecen anti-cruces entre ellos debido a la ruptura de la simetría rotacional. Se
analizó la dependecia de los niveles energéticos correspondientes a los estados más bajos del QD en
función del tamaño del punto para diferentes configuraciones de anisotropía. Nuestros resultados
revelan que la existencia de cierto grado de anisotropía en un QD puede favorecer la aparición de
estados moleculares, similares a los observados en sistemas de QDs acoplados.
Abstract. We analysed the effect of the structural anisotropy of a self-assembled quantum dot of
InAs/GaAs on the energy spectrum of an electron and in the presence of an external magnetic field
applied along growth direction. The anisotropy is modelled by periodic variations in the dot height
with respect to the azimuthal angle. First, we considered a problem of a lens-shaped axially symmetric
quantum dot that can be resolved completely by the application of the adiabatic approximation.
Second, we resolved the problem of anisotropic quantum dot by using the Galerkin method taking as a
base the solution of the axially symmetric lenticular dot. We found that for structures with symmetries
C2 and C4, the degeneration of the levels that was observed in the isotropic case was destroyed and
anti-crosses appear between them because the breaking of the rotational symmetry. We analysed the
dependency of energy levels corresponding to low-lying states of the quantum dot as a function of the
dot size for different anisotropy configurations. Our results reveal that the existence of some degree of
anisotropy on a QD can allow the formation of molecular states such as those arising in systems of
coupled quantum dots.
Propiedades termoeléctricas de transporte a través de puntos
cuánticos acoplados
Thermoelectric transport properties through coupled quantum
dots
J A Landazábal1, E Ramos1, R Franco1, J Silva-Valencia1 and M S Figueira2
1
2
Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro, Brasil
Resumen. Estudiamos un sistema de dos puntos cuànticos acoplados a un canal de conducciòn,
teniendo en cuenta interacciòn Coulombiana fuerte pero finita U en cada punto cuantico; empleamos el
modeo dela impureza de Anderson y la denominada aproximaciòn atòmica para U finito, sin tener en
cuenta un término de correlación electrónica directa entre los puntos cuànticos, pero describiendo una
interacciòn mediada por los electrones de conducciòn. Calculamos dentro de la teoria de respuesta
lineal, las conductancias elèctrica G y tèrmica K, la termopotencia S y la figura tèrmica de mèrito Z en
funciòn de las energias de los puntos cuanticos, hibridizaciòn entre estos y el canal de conducciòn,
ademàs de la temperatura. Nuestros resultados muestran que las propiedades termoelèctricas dependen
de los diferentes regìmenes en cada punto y la configuraciòn geomètrica del sistema, interpretamos los
resultados en terminos de los procesos de interferencia cuàntica y la interacciòn indirecta entre los
puntos cuànticos mediada por el canal de conducciòn (interacciòn RKKY). Buscamos configuraciones
que maximicen la figura tèrmica de mèrito, estudiamos ademàs la valides de la ley de WiedemmanFranz.
Abstract. We study a system of two quantum dots coupled to a conduction channel, taking into
account a strong but finite Coulomb repulsion U in each dot; we employ the impurity Anderson model
and the U finite atomic approach for the model, without takes into account a direct correlation between
the dots, but taking into account an intermediate coupling, mediates by the conduction electrons. We
compute the linear electrical conductance G, themopower S, thermal conductance K, and
thermoelectric figure of merit Z as function of the dots energies, hibridization between the dots and the
conduction channel, and temperature. Our results shows that the thermoelectric properties depends of
the different quantum dots regimenes, and the geometric configurations of the system; we interpretate
the results in terms of the different quantum interference process in the system and the indirect
coupling between the dots, mediates for the conduction channel (RKKY interaction).
Caracterización mecánica de recubrimientos TiN, ZrN y
multicapas de (TiN/ZrN) depositados por magnetrón sputtering
reactivo
Mechanical characterization of TiN, ZrN and (TiN/ZrN)
multilayers coatings deposited by reactive magnetron sputtering
J Solis1, C Mambuscay1, J Triviño1, P lopez1, B Navarrete1 and F Sequeda1
1
Resumen. Se depositaron recubrimientos monocapas de nitruro de titanio (TiN) y nitruro de zirconio
(ZrN) y multicapas (TiN/ZrN)n, sobre sustratos de silicio (111) por la técnica de pulverización
catódica reactiva en ambiente de argón y nitrógeno, variando el periodo (Λ) entre 150 nm y 75 nm (3
μm espesor total). Para determinar la rugosidad se realizaron medidas de perfilometría de contacto y se
determinaron los esfuerzos residuales aplicando el modelo de Stoney, encontrando un aumento en la
rugosidad al incrementar el número de capas. Además, se determinó la dureza (H), el módulo de
elasticidad (E) y la resistencia a la deformación plástica (H3/E2) por medio de nanoindentacion
instrumentada y el modelo de Oliver y Pharr. Observando mayor dureza y módulo de elasticidad al
disminuir el periodo, con valores de hasta 24,28 Gpa y 249,12 Gpa respectivamente. Durante el ensayo
de Nanoindentación se realizó un análisis a múltiples cargas, para determinar la evolución de las
propiedades mecánicas de las capas al inducir fallas en el material, lo que permitió estudiar el
comportamiento de la mecánica de la fractura, relacionando las propiedades superficiales y esfuerzos
residuales, con la dureza y el módulo de elasticidad.
Abstract. Titanium nitride (TiN) and Zirconium nitride (ZrN) monolayers and (TiN/ZrN)n multilayers
thin films coatings were deposited on (111) silicon substrates using reactive magnetron sputtering in a
combination of Argon and nitrogen atmosphere, varying the period (Λ) between 150 nm and 750 nm
(3 μm total thickness). In order to determinate the roughness contact profilometry was performed and
the residual stress was obtained applying the Stoney model, finding an increase in the roughness as
period decreased. In addition, hardness (H), elastic moduli (E) and plastic deformation resistance
(H3/E2) were studied by instrumented nanoindentation applying the model of Oliver and Pharr. An
increase in hardness and elastic moduli was observed when period decreased, with values up to 24, 28
GPa and 249,12 GPA respectively. During the nanoindentation tests a multiple loads analysis was
performed in order to determinate the evolution of the mechanical properties of the films when failure
was induced, relating the superficial properties and residual stress with thae hardness and elastic
moduly.
Excitaciones de plasma en cristales fotónicos unidimensionales de
aislantes topológicos dopados
Plasma excitations in one dimensional photonic crystals of doped
topological insulators
J C Granada1 and G Becerra1
1
2
Universidad San Buenaventura, Cali, Colombia
Resumen. Las excitaciones electromagnéticas en sistemas con una topología no trivial asociada a la
simetría de inversión temporal (aislantes topológicos) han sido el objeto de estudio durante los últimos
años. En este trabajo, en el marco de la electrodinámica del axión, se describen las excitaciones
electromagnéticas que surgen en cristales fotónicos unidimensionales con aislantes topológicos
dopados. Se demuestra que en el límite no retardado la rotación del plano de polarización inducida por
la topología no trivial es una función lineal del término topológico para todos los espesores de la celda
unitaria del cristal fotónico. Por otro lado, en el límite retardado el término topológico lleva a un
desdablamiento de las frecuencias de los modos homogéneos de ondas guiadas, el cual depende de la
raíz cuadrada del término topológico y es inversamente proporcional al espesor de la celda unitaria del
cristal fotónico. Adicionalmente, se encuentra un modo de tipo helicón, con frecuencias mucho
menores que las frecuencias de los modos guiados y cuya magnitud crece con el cuadrado del vector
de onda.
Abstract. Electromagnetic excitations in systems with non trivial topology associated to time reversal
symmetry (topological insulators) have been the subject of interest during last years. In this work the
electromagnetic excitations arising in one dimensional photonic crystals of doped topological
insulators are described in the frame of axyon electrodynamics. It is shown that in the long wavelength
non retarded limit the rotation of the polarization plane induced by the non trivial topology is a linear
function of the topological term for all thicknesses of the photonic crystal unit cell. On the other hand,
in the retarded limit, the topological term causes a splitting of the frequencies of the homogeneous
waveguided modes, which depends on the square root of the topological term and depends inversely
on the thickness of the photonic crystal unit cell. Additionally, a low frequency mode of the helicon
type is found, with frequencies much lower than the characteristic frequencies of the waveguided
modes and increasing with the square of the wave vector.
Estudio de nanocompuestos de YBCO-BZO e YBCO-BYTO
depositados sobre sustratos CZO/YSZ
Study of nanocomposites YBCO-BZO
Deposited on CZO/YSZ Substrates
and
YBCO-BYTO
P Garcés1, M Coll2, H Castro1, T Puig2 and X Obradors2
1
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
2
Instituto de Ciencia de Materiales, Universidad Autónoma de Barcelona, España
Resumen. La producción de conductores recubiertos (CC) de YBa2Cu3O7-δ (YBCO), para aplicaciones
industriales, es un trabajo bastante desafiante. Grandes esfuerzos se dedican a encontrar arquitecturas
de multicapas simples que satisfagan simultáneamente las siguientes condiciones: una efectiva
protección para la oxidación del sustrato metálico, una barrera eficiente para la difusión de cationes y
una adecuada relación de parámetros de red con el sustrato y la capa superconductora.
En este trabajo reportamos el estudio del depósito de solución química (CSD) de películas delgadas de
nanocompuestos de YBa2Cu3O7-δ, con impurezas de nanopartículas diluidas de Ba 2YTaO6 (BYTO) y
BaZrO3 (BZO). Las películas fueron depositadas sobre sustratos monocristalinos, con una capa
“buffer” de CZO, también crecida por método químico. Estudiamos la influencia de la capa “buffer”
sobre las propiedades superconductoras de las películas, con un contenido de fase secundaria del 10%.
Las películas fueron crecidas con un tratamiento térmico consistente de un solo paso a 770°C. Las
películas fueron caracterizadas por difracción de rayos-X y la Tc y Jc fueron medidas inductivamente
con un SQUID. En todos los patrones de difracción de rayos-X, se observó la presencia de BaCeO3. Es
conocido que este compuesto genera reactividad con el YBCO, lo cual probablemente causó el
decrecimiento de la Jc obtenida ~ 1.3 MA/cm2 at 77K.
Abstract. The production of affordable YBa2Cu3O7-δ (YBCO) coated conductors (CC), for industrial
applications, is an extremely challenging issue. Great effort is being devoted to finding simple
multilayer architectures, which simultaneously satisfy the following conditions: present an effective
oxidation protection for the metallic substrate, an effective chemical barrier to cation diffusion, and a
good lattice matching with the substrate and superconducting layer.
In this work we report the study of chemical solution deposited (CSD) YBa 2Cu3O7-δ nanocomposite
thin films, with diluted Ba2YTaO6 (BYTO) and BaZrO3 (BZO) impurity nanoparticles. Films were
deposited on YSZ monocrystalline substrates, with a buffer layer of Cerium Zirconium Oxide (CZO),
also grown by chemical method. We studied the influence of the buffer layer on superconducting
properties of the films, with a secondary phase content of 10%. Films were grown with a temperature
treatment consisting on a single step at 770°C. The films were characterized by X-ray diffraction, and
Tc and Jc were inductively measured with a SQUID. In all X-rays diffraction patterns, presence of
BaCeO3 was observed. It is known that this compound generates reactivity with YBCO, which
probably caused the low Jc obtained ~ 1.3 MA/cm2 at 77K.
Espectroscopia raman de películas delgadas de ZnMnO crecidas
por ablación láser
Raman spectroscopy of ZnMnO thin films grown by pulsed laser
deposition
S Orozco1, H Riascos1 and D C López 1
1
Plasma Láser y aplicaciones, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia
Resumen. Se crecieron películas delgadas de ZnMnO por medio de Ablación Láser, PLD, sobre
sustratos de Silicio (100) a diferentes condiciones de crecimiento. Las películas delgadas fueron
depositadas variando concentración de Mn, temperatura del sustrato y presión de oxígeno. Las
propiedades ópticas fueron analizadas usando espectroscopia Raman, la cual determinó un corrimiento
hacia el azul de todos los modos de vibración tanto del ZnO dopado con Mn como del sustrato de
Silicio. Los espectros Raman revelaron que el ZnO conserva su estructura wurzita hexagonal, sin
embargo se observa desorden estructural debido a la variación del ancho y la forma de los modos
E2(high) y E2(low) localizados en 99 y 434cm-1 respectivamente. Este desorden se debe probablemente
a la incorporación de iones de Mn en la red cristalina del ZnO. En los espectros se observaron algunos
modos de vibración relacionados con el sustrato de Si, tales como 299, 518, 616 y 667cm-1.
Abstract. ZnMnO thin films were grown by Pulsed Laser Deposition (PLD) technique onto Silicon
(100) substrates at different growth conditions. Thin films was deposited varying Mn concentration,
substrate temperature and oxygen pressure. Optical properties were analyzed by using Raman
Spectroscopy that shows a blue shift for all vibration modes, including ZnO with Mn-doped and Si
modes. Raman spectra revealed that ZnO preserved its wurzite hexagonal structure. The estructural
disorder was manifested in the line width and shape variations of E2(high) and E2(low) modes located
in 99 and 434cm-1 respectively, which may be due to the incorporation of Mn ions inside the ZnO
crystal lattice. Some vibration modes related with Si substrate were found in Raman spectra such as
299, 518, 616 and 667cm-1.
Polarización de intercambio en multicapas [Co/Pt] 3/IrMn con
acoplamiento bicuadrático
Exchange bias in [Co/Pt]3/IrMn multilayers with biquadratic
coupling
E Romero-Tela1, M A Sousa1, I L Castro1 and E B Saitovich1
1
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil.
Resumen. Este trabajo presenta la caracterización magnética de multicapas [Co/Pt]3/IrMn con capas
ultrafinas de Pt (~1.5 Å) preparadas por la técnica de dc magnetron sputtering. Las muestras se
depositaron sobre substrates de Si (111) a temperature ambiente y sin campo magnético aplicado. La
caracterización estructural se realizo por difracción de rayos-X. Las mediciones de magnetización
muestran que la multicapa exhibe una favorable polarización de intercambio en el plano de la película.
Adicionalmente, la histéresis muestra una estructura de lazo-doble. Este efecto está relacionado con un
acoplamiento bicuadrático, acoplamiento inusual entrecapas en sistemas magnéticos de capas, el cual
podría ser el resultado de una inhomogeneidad de la anisotropía magnética de la capa de Co, la
densidad pinhole en la capa espaciadora de Pt, la rugosidad interfacial o de la estructura de domínio
magnético.
Abstract. This work presents the magnetic characterization of [Co/Pt]3/IrMn multilayers with ultrathin
Pt layers (~1.5 Å) prepared by a dc-magnetron sputtering technique. The samples were deposited onto
Si (111) substrate at room temperature and without applied magnetic field. The structural
characterization was performed by X-ray diffraction. Magnetization measurements show that the
multilayer exhibit favourable exchange bias effect in the film plane. Additionally, the hysteresis shows
a double-loop structure. This effect is related to biquadratic coupling, unusual interlayer coupling in
layer magnetic systems, which could be the result of an inhomogeneity of the magnetic anisotropy of
the single Co layer, pinhole density in the Pt spacer layer, interface roughness or of the magnetic
domain structure.
Formación de películas anódicas por oxidación electrolítica por
plasma (PEO) sobre la aleación AA 2024-T3
Growth of PEO coatings on AA 2024-T3 aluminium alloy
S F Sotomonte1, C E Blanco-Pinzón2 and S J García-Vergara1
1
Grupo de Investigaciones en Corrosión, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,
Colombia
2
Grupo Integridad Mecánica de Activos (CEO), Instituto Colombiano del Petróleo (ICP),
Piedecuesta, Colombia
Resumen. Se desarrollaron películas cerámicas sobre la aleación de aluminio AA2024-T3, usando
oxidación electrolítica por plasma (PEO) en una solución de 10.5 g/l Na2SiO3, 2.8 g/l KOH y agua
destilada, durante 500 y 710 s a un voltaje constante de 310 y 400 V a corriente directa (DC). La
morfología, la rugosidad y el espesor de las películas anódicas fue evaluada por microscopía
electrónica de barrido (MEB), microscopia bifocal y la sonda de corrientes de Eddy, respectivamente.
La resistencia a la corrosión fue a su vez determinada mediante polarización potenciodinámica en una
solución al 3%w/v de NaCl. Los resultados indican, que al aumentar el voltaje y el tiempo de
anodizado, se produce un incremento en el espesor y la rugosidad del recubrimiento obtenido. Por otra
parte, usado DRX, se confirmó la estructura amorfa que presenta este tipo de películas. Se observa una
disminución en la velocidad de corrosión de la aleación debido a la presencia de la película. Sin
embargo, a ciertas condiciones de tiempo se presenta agrietamiento del recubrimiento, lo cual afecta su
resistencia a la corrosión.
Abstract. The growth of PEO coatings on an AA 2024-T3 aluminium alloy in a 10.5 g/l Na2SiO3 + 2.8
g/l KOH solution at 310 and 400 V for 500 and 710 s, was investigated. The morphology, roughness
and thickness of the coatings were determined by SEM, optical microscopy and Eddy current
technique, respectively. The corrosion resistance of the coating was evaluated by potentiodynamic
polarization in a 3%w/v NaCl solution. The results show that thicker coatings are developed at higher
voltages and anodizing times, with an increase in the roughness of the surface. The PEO coatings
developed are amorphous. The corrosion resistance of the alloy is significantly improved by the
presence of the PEO coating. However, longer anodizing times tend to produce cracks on the coatings,
which result in a loss of the protection.
Eliminar ID 310 (Posiblemente no Presenta) Preparación
electroquímica y caracterización estructural de películas delgadas
de CuGaSe2
Electrochemical preparation and structural characterization of
CuGaSe2 thin films
L Manfredy1, O P Márquez1, S A López-Rivera2, J Márquez1, Y Martínez1 and D A
Miranda3
1
Laboratorio de Electroquímica, Facultad de Ciencias, Departamento de Química,
Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela
2
Laboratorio de Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Departamento de Física, Universidad
de los Andes, Mérida, Venezuela
3
CIMBIOS, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. Mediante la técnica de electrodeposición en un solo paso se sintetizaron películas delgadas
de CuGaSe2 sobre Ti y SnO2/vidrio usando soluciones que contenían como agente complejante iones
tiocianato. El efecto de los iones tiocianato fue examinado para cada ion. Además, se realizaron
estudios por voltametría cíclica para dilucidar los procesos electródicos que se producen en los
sistemas binarios Cu-Se, Ga-Se y Cu-Ga; y en el sistema ternario Cu-Ga-Se. Adicionalmente, se
estudió el efecto del potencial de deposición y la concentración de las especies precursoras con el fin
de encontrar las condiciones optimas de síntesis. Los estudios morfológicos, estructurales y de
composición, demostraron que aplicando un potencial de deposición de -0.55 V vs SCE durante 20
minutos y usando soluciones que contenían de 4,6 mM de CuCl, 25,0 mM de GaCl 3 y 9,2 mM de SeO2
en 2,0 M de KSCN a pH 2,5fue posible obtener películas delgadas de CuGaSe2. También, para mejorar
la cristalinidad de la película, se realizó tratamiento térmico en atmósfera inerte a 520 0C durante 20
minutos. Todas las muestras fueron caracterizadas por difracción de rayos X, SEM y EDX. La película
delgada de CuGaSe2 presentó una brecha energética de 1.65 eV. Este material presenta potenciales
aplicaciones para su uso en celdas solares.
Abstract. CuGaSe2 thin films have been synthesized by one-step electrodeposition on titanium and
SnO2/glass substrates from aqueous solutions that contain thiocyanate ion as a complexing agent. The
effects of the thiocyante ion on the reduction potentials for Cu +, Ga3+ and Se4+ were examined for each
ion. Furthermore, cyclic voltammetry studies were performed to elucidate the electrodic processes that
occur in binary Cu-Se, Ga-Se, Cu-Ga, and ternary Cu-Ga-Se systems. In addition, the effect of
deposition potential and concentration was studied to determinate the optimum condition for
electrodeposition process. According to composition, morphology and structural analysis, deposition
potential of -0.55 V vs SCE (Standard Calomel Electrode) for 20 minutes from aqueous solutions of
4.6 mM CuCl, 25.0 mM GaCl3 y 9.2 mM SeO2 in 2.0 M de KSCN at pH 2.5 is considered optimum for
obtain the ternary semiconductor CuGaSe2 thin films with good stoichiometric. To improve their
crystallinity, the samples were annealed at temperature of 520 0C in inert atmosphere for 30 minutes.
The deposits grown by electrodeposition and annealed were characterized by X-ray diffraction, SEM,
X-ray energy dispersive analysis. The obtained CuGaSe2 thin film has a band gap of 1.65 eV. This
material it has potential application in solar cells.
Influencia de la atmósfera de deposición en películas delgadas de
BiFeO3 obtenidas por pulverización catódica
Influence of the deposition atmosphere on the phase purity of
BiFeO3 obtained by RF magnetron sputtering
J A Rincón-López1,3, J I Uribe2, J Gil-Monsalve1, J A Osorio2, B Cruz1 and J MuñozSaldaña3
1
Departamento de física, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia
2
Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
3
Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional,
CINVESTAV Querétaro, México
Resumen. En este trabajo se estudió la influencia de la atmósfera de depósito en las propiedades
estructurales, morfológicas y magnetoeléctricas (ME) de películas delgadas de BiFeO 3 obtenidas por la
técnica Magnetron Sputtering. Las películas delgadas fueron crecidas a partir de un blanco de
Bi1.1Fe0.9O3, sobre sustratos de Pt/TiO2/SiO2/Si a 550 ºC y utilizando 3 relaciones de Ar/O en la
atmósfera de depósito: 70/30, 80/20 y 90/10. Se identificó por difracción de rayos x que todas las
muestras presentan fase pura de BiFeO3 con estructura tipo perovsquita romboedral. Mediante
microscopía electrónica de barrido, se observó un aumento en el tamaño de grano con la disminución
del contenido de oxígeno en la atmósfera. Se encontró para todas las muestras respuesta ME de baja
magnitud y con saturación para campos DC del orden de 30 mT. Se concluyó que con las condiciones
de depósito implementadas se sintetizaron películas delgadas con comportamiento magnetoeléctrico y
que el aumento de oxígeno en la atmósfera de depósito, mejora las propiedades estudiadas en las
películas de BiFeO3.
Abstract. In this work the influence of the deposition atmosphere, on the structural, morfologic, and
magnetoelectric (ME) properties of BiFeO3 thin films obtained by magnetron sputtering is studied. The
thin films were grown using a Bi1.1Fe0.9O3 target on Pt/TiO2/SiO2/Si substrates at 550 ºC, and 3
proportions of Ar/O gas: 70/30, 80/20 y 90/10. According to X-ray diffraction analysis all the samples
are single phase of BiFeO3 with perovskite rombohedral structure. An increase of the grain size with
the oxigen content was observed in SEM micrographs. All the samples have low ME magnitude
response with saturations fields around 30 mT. As a conclusion, the implemented deposition
conditions allow to prepare single phase BiFeO3 thin films with magnetoelectric behavior, The
increase of the oxigen, improved the quality of physical properties in the studied BiFeO3 thin films.
Síntesis, caracterización morfológica y estructural de la aleación
nanoestructurada Fe65Co35
Synthesis, morphological and structural characterization of
Fe65Co35 nanostructured alloy
K Echeverría1, Z Caamaño1, M D Baró2 and S Suriñach2
1
Grupo Ciencia y Caracterización de Materiales, Universidad del Atlántico, Colombia
2
Grupo de Física de Materiales 2, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra, España
Resumen. La aleación nanoestructurada Fe65Co35 fue sintetizada por el método de Aleado Mecánico
de elevada energía, para tiempos de molienda de 7.5, 15 y 25 horas. Para el estudio morfológico y
estructural de la aleación, se utilizaron las técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y
difracción de rayos X (DRX). El estudio morfológico por SEM mostró la fractura y compactación de
las partículas iniciales con el tiempo de molienda. También se determinó la evolución del tamaño
medio de polvo por SEM. Se obtuvo un diámetro promedio del tamaño del polvo de 2.36 µm a 7.5
horas hasta 0.9 µm a 25 horas de molienda. Por DRX se calculó el tamaño de cristalito en función del
tiempo de molienda. El valor del tamaño de cristalito disminuye en función del tiempo de molienda,
siendo de 22 nm a las 25 horas de molienda para el Fe. A su vez, el parámetro de red disminuyó,
indicando que se forma una solución sólida de Co en Fe.
Abstract. Nanostructured Fe65Co35 alloy was synthetized by high energy Mechanical Alloying
method, for milling times of 7.5, 15 and 25 hours. For the morphological and structural study of the
alloy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray diffraction (XRD) techniques were used. The
morphological study by SEM showed the fracture and compaction of the initial particles with the
milling time. Also, the evolution of the powder size with the milling time was determined by SEM. An
average diameter of powder size of 2.36 µm at 7.5 hours up to 0.9 µm at 25 hours of milling was
obtained. By XRD, the crystallite size was calculated as a function of the milling time. The crystallite
size value decreases depending on the milling time, being of 22 nm at 25 hours of milling for Fe. At
the same time, the cell parameter decreased, indicating that a solid solution of Co in Fe is formed.
Oscilaciones ópticas cuánticas de la densidad de estados de
electrones vestidos de fotones en una capa de grafeno
Optical quantum oscillations of the density of states of
photondressed electrons in a graphene layer
O Martinez-Castro1 and R Vega-Monroy1
1
Facultad de Ciencias Basicas, Universidad del Atlantico, Colombia, Barranquilla, Colombia
Resumen. En este trabajo se estudió la densidad de estados para una monocapa de grafeno en
presencia de campos ac circularmente polarizados. Se mostró, que el corrimiento, impulsado por la
frecuencia del campo, de una estructura periódica de estados electrónicos vestidos de fotones, dentro
de un intervalo de energía, conduce a un cambio periódico de las singularidades electrónicas en la
densidad de estados y consecuentemente en las propiedades termodinámicas y de transporte de la
monocapa de grafeno.
Abstract. In this work, the density of states for a graphene monolayer in presence of circularly
polarized ac fields is studied. We showed, that the shifting, driven by the field frequency, of a periodic
structure of photon-dressed electron states, within an energy gap, leads to a periodic change of electron
singularities in the density of states and consequently in thermodynamic and transport properties of the
graphene monolayer.
Análisis de la influencia del voltaje aplicado y la velocidad de
barrido en la técnica de oxidación local usando microscopia de
fuerza atómica
Analysis of the influence of the applied voltage and the scan speed
in the atomic force microscopy local oxidation technique
C Mendoza1, A Plata1, Z Y Lizarazo1 and C A Chacón1
1
Grupo de Óptica y Tratamiento de Señales, Universidad Industrial de Santander,
Resumen. La técnica de nanolitografía por Oxidación local es implementada usando un Microscopio
de Fuerza Atómica (AFM) para la fabricación de estructuras a escala nanométrica en un sustrato de
silicio recubierto con una película de nitruro de silicio. Durante el proceso de fabricación, el
microscopio es operado en aire y en modo contacto empleando una punta de silicio con recubrimiento
duro de cobalto cromo. Se estudia la dependencia de la tasa de crecimiento del óxido con el voltaje
aplicado, variando este parámetro en un rango de 0.1 a 10 V a una velocidad de barrido constante; la
influencia de la velocidad de escritura en las dimensiones del óxido formado es también analizada,
variando los valores de velocidad entre 0.05 y 1 µm/s. La superficie modificada es caracterizada por
microscopia de fuerza atómica y Microscopia Electrónica de Barrido.
Abstract. The atomic force microscopy (AFM) local oxidation nanolithography technique is
implemented for the nanoscale patterning of a silicon nitride thin film deposited on silicon substrate.
During the fabrication process, the microscope was operated in air and contact mode using a silicon tip
with hard Cobalt-Chromium coating. The dependence of the rate of oxide growth with the aplied bias
was investigated varying this parameter in a range of 0.1 to 10 V at a constant scanning speed; the
influence of the writing speed in the dimensions of the oxide formed is also analyzed, varying the
speed values between 0.05 to 1 µm/s. The modified surface is characterized by Atomic Force
Microscopy and Scanning Electron Microscopy.
Dos donadores acoplados en un anillo cuántico semiconductor:
efecto de campos externos sobre el punto de retorno
Two-coupled donors in a semiconductor quantum ring: effect of
the external probes on the turning point
Y Montes1, Y Suaza1, M R-Fulla1 and J H Marín1
1
Resumen. Últimamenete ha habido una gran atención sobre estructuras semiconductoras de baja
dimensionalidad a fin de impulsar el desarrollo de la computación cuántica. En este sentido, un sistema
de dos donadores acoplados, D2+, confinados en sistemas de baja dimensionalidad han sido prouestos
para codificar información cuántica. Motivados por estos hallazgos teóricos, analizamos el
comportamiento electrónico de un D2+ confinado en un anillo cuántico bajo presión hydrostática y
campo magnético. Adicionalmente, también se estudia el efecto de la concentración de aluminio sobre
la estructura electrónica del D2+. En particular, estamos interesados en establecer la incidencia de estos
campos externos sobre el punto de retorno del D2+. Este turno permitira determinar valores críticos del
radio medio del anillo y de la separción donador-donador para la cual la energía cinética predomina
sobre la potencial. Este hecho llega a ser importante para analizar la estabilidad del D 2+ bajo fuertes
condiciones de confinamiento y de campos externos. En este sentido, calculamos la longitud de
equilibrio y la energía de disociación como una función de la presión hidrostática y de la intensidad del
campo magnético para diferentes valores de laconcentración de aluminio. Para realizar este análisis,
resolvemos la ecuación de Schrödinger usando aproximación adiabática y el método de
diagonalización exacta.
Abstract. Lately, there has been great deal of attention on semiconductor low-dimensional structures
with the intention of boost the development of the quantum computation. In this regard, a two-coupled
donors system, D2+, confined in low-dimensional systems has been proposed to encode logical
information. Motived by these theoretical founds, we analyze the electronic behaviour of a D2+system
confined in a semiconductor quantum ring under external probes: hydrostatic pressure and magnetic
field. Additionally, we also study the aluminum concentration effect on the D2+ structure. In particular,
we are interested to establish the incidence of these external fields on the D2+ turning point. This study
allows us to determine the critical values of the center line quantum ring radius and the donor-donor
separation for which the kinetic energy predominates on the potential one. This fact becomes important
to analyze the D2+ stability under strong confinement conditions and the external probes. In this regard,
we calculate the equilibrium length and the dissociation energy as a function of the hydrostatic
pressure and magnetic field strength for different values of the aluminum concentration. To achieve
this analysis, we solve the D2+ Schrodinger equation by using the adiabatic aproximation scheme and
the exact diagonalization method.
Análisis de los mecanismos de fuga de corriente en el sputteredion-reactivo y en la deposición-post-recocido de Al2O3 en 4H-SiC
Analysis of leakage current mechanisms in reactive-ionsputtered
and post-deposition-annealed Al2O3 on 4H-SiC
M Shukla1, G Dutta1 and N DasGupta1
1
Indian Institute of Technology Madras, India
Resumen. En este trabajo, metal-óxido-semiconductor (MOS) condensadores fueron fabricados
utilizando reactiva ionsputtered (RIS) y alta temperatura de recocido post-deposición (PDA) -Al2O3
en tipo n 4HSiC. Se ha informado que el análisis sistemático de los mecanismos actuales de fuga a
través del óxido depositado. A baja campo eléctrico (EG <5MV / cm), Espacio-Charge-Limited (SCL)
mecanismo de conducción se encontró a ser dominada. Sin embargo, a alta EG Fowler Nordheim (FN)
de tunelización se encontró dominante a bajas temperaturas (T <303 K) y para temperaturas más altas
presencia de ambos túneles FN y Schottky-emisión (SE) mecanismos se observaron. Altura efectiva de
barrera (ΦB) entre el nivel de Fermi SiC y RIS-PDA-Al2O3 borde de la banda de conducción se
extrajo ajustando el modelo de túnel FN y el modelo SE a la densidad de corriente de fuga
experimental de óxido de puerta (JG) vs. campo eléctrico de óxido de puerta (EG) curva. Valor
extraído de ΦB se encontró que era 2,53 eV, que es significativamente más alto que el valor de la
banda de conducción desplazamiento entre 4HSiC y Al2O3 (1.7eV). La mejora de la ΦB en RIS-PDAAl2O3 se atribuye a la formación de la capa de SiO2 en la interfaz / SiC Al2O3 durante PDA en O2
ambiente. Formación de interfacial SiO2 se ha confirmado a partir de resultados de rayos X de
fotoelectrones espectroscopia. Este aumento en ΦB mejora significativamente la fiabilidad del
dispositivo basado SiC MOS con RIS-PDAAl2O3 como su óxido de puerta mediante la reducción de
la corriente de fuga puerta a través de él.
Abstract. In this work, metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors were fabricated using reactiveionsputtered (RIS) and high temperature post-deposition-annealed (PDA)-Al2O3 on n-type 4HSiC.
Systematic analysis of leakage current mechanisms through the deposited oxide has been reported. At
low electric field (EG<5MV/cm), Space-Charge-Limited (SCL) conduction mechanism was found to
be dominated. However, at high EG Fowler Nordheim (FN) tunnelling was found dominant at low
temperatures (T<303 K) and for higher temperatures presence of both FN tunnelling and SchottkyEmission (SE) mechanisms were observed. Effective barrier height (ΦB) between SiC Fermi level and
RIS-PDA-Al2O3 conduction band edge was extracted by fitting the FN tunnelling model and SE model
to the experimental gate oxide leakage current density (J G) vs. gate oxide electric field (EG) curve.
Extracted value of ΦB was found to be 2.53 eV, which is significantly higher than the value of
conduction band offset between 4HSiC and Al2O3 (1.7eV). The improvement of ΦB in RIS-PDA-Al2O3
is attributed to the formation of SiO2 layer at the Al2O3/SiC interface during PDA in O2 ambient.
Formation of interfacial SiO2 has been confirmed from X-ray Photoelectron Spectroscopy results. This
increase in ΦB significantly improves the reliability of SiC MOS based device with RIS-PDAAl2O3 as
its gate oxide by reducing the gate leakage current through it.
Influencia del espesor del BaTiO3 en las propiedades magnéticas
de las bicapas de La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3 depositadas sobre SrTiO3
por pulverización catódica DC y RF
Influence of BaTiO3 thickness on magnetic properties of
La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3 Bilayers deposited on SrTiO3 by
Sputtering DC and RF
J E Ordoñez1, M E Gomez1,2 and W Lopera1
1
Department of Physics, Universidad del Valle, Cali, Colombia
Resumen. Estructuras hibridas de multiferroicos extrinsecos en las cuales compuestos ferroelectricos y
ferromagneticos son ensamblados artificialmente son cadidatos promisorios en la exploración de
efectos de acople a temperatura ambiente. Permitiendo el estudio del acople elastico entre los dos
constituyentes, llevando a efectos magnetoelectricos extrinsecos. Por lo cual, se ha direccionado al
deposito de la fase ferromagnetica de La 1−xSrxMnO3 y el ferroeléctrico BaTiO3 para una posible
heteroestrucutra hibrida de un multiferroico. En este trabajo, hemos optimizado los parámetros de
crecimiento de bicapas de La2/3Sr1/3MnO3(LSMO)/BaTiO3(BTO) sobre sustratos de SrTiO3(001) por
pulverización catódica DC y RF, respectivamente. Utilizando una atmosfera de oxígeno a altas
presiones y una temperatura de sustrato de 830oC. Manteniendo fijo el espesor de la capa magnética
(tLSMO=40 nm) y variando el espesor de la capa ferroeléctrica (tBTO=20, 40, 80, 100 nm). En este
trabajo se analizara la influencia del espesor del BTO en las propiedades eléctricas y magnéticas del
LSMO. A partir del análisis de mapas del espacio reciproco (RSM), encontramos que para el caso del
LSMO el crecimiento es epitaxial, mientras que la capa de BTO para cualquier espesor siempre esta
relajada. Las medidas de magnetización y transporte eléctrico indican un comportamiento
ferromagnético cerca a temperatura ambiente. Las histéresis magnéticas de las bicapas muestran un
comportamiento ferromagnético debido a la presencia del LSMO. Este trabajo fue soportado
financieramente por el “Instituto de Nanociencia de Aragón”, Zaragoza, España, donde las muestras
fueron parcialmente caracterizadas, el Centro de Excelencia en Nuevos Materiales (CENM), y los
proyectos de investigación: “Study of struc. and phys. properties in oxide materials and interfaces as
potential sensor and control systems”; No 110656933104 contrato No.2013-0002, CI 7917
COLCIENCIAS-UNIVALLE y CI 7978 UNIVALLE.
Abstract. Extrinsic multiferroic hybrid structures in which ferromagnetic and ferroelectric compounds
are artificially assembled, are promising candidates in exploration of robust cross-coupling effects at
room temperature by exploiting the elastic coupling between the two constituents, leading to extrinsic
magnetoelectric effects. We addressed to deposit the ferromagnetic phase of the La 1−xSrxMnO3 and the
ferroelectric BaTiO3 for possible hybrid multiferroic heterostructure. We have optimized the growth
parameters for depositing La2/3Sr1/3MnO3(LSMO)/BaTiO3(BTO)/(001) SrTiO3 by sputtering RF and
DC, respectively, in pure oxygen atmosphere and a substrate temperature of 830°C. Keeping fixed the
magnetic layer thickness (tLSMO=40 nm) and varying the thickness of the ferroelectric layer
(tBTO=20, 40, 80, 100 nm). We want to point out the influence of BTO thicknesses on electrical and
magnetic properties on LSMO. From Reciprocal Space Maps (RSM) analysis, we found that for
LSMO the growth is epitaxial, whereas BTO layer is always relaxed for any thickness. Magnetization
and electrical transport measurements indicate a ferromagnetic behaviour at temperature near 300 K.
Isothermal magnetic hysteresis loop of bilayers show ferromagnetic behaviour due to the presence of
the LSMO layer. This work was financially supported by “Instituto de Nanociencia de Aragón”,
Zaragoza, Spain, where the films were partially characterized, Center of excellence for Novel
Materials (CENM), Research Projects: “Study of struc. and phys. properties in oxide materials and
interfaces as potential sensor and control systems”; No 110656933104 contract No.2013-0002, CI
7917 COLCIENCIAS-UNIVALLE and CI 7978 UNIVALLE.
Síntesis y caracterización de nanocompositos de Au@Ag@rGO y
su aplicación en la degradación de los colorantes Naranja de
Metilo y Rodamina B
Synthesis and characterization of nanocomposites of
Au@Ag@rGO and their use in degradation of Metilene Orange
(MO) and Rodamina B (RB) dyes
S Castellanos1, E Mejía-Ospino1 and R Cabanzo1
1
Physical, Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular, Universidad Industrial de
Resumen. En este trabajo, hemos desarrollado un método simple para la obtención de materiales
compuestos de óxido de grafeno reducido (RGO) y nanopartículas Oro y Plata (Au @ AGNPS). Óxido
de grafeno (GO) se preparó usando el método Hummer's y luego se redujo usando radiación de
microondas. Las nanopartículas Au y Ag se prepararon por el método de ablación in situ utilizando el
segundo armónico de un láser Nd: YAG en la dispersión de GO. Por último, GO se redujo empleando
para ello radiación de microondas y el nanocompuesto Au@Ag@RGO se caracterizó en términos de
sus propiedades morfológicas, estructurales, ópticas y catalíticas. Para la degradación catalítica de
colorantes fueron usados, el Naranja de Metilo (MO) y rodamina B (RB) como compuestos modelo.
Este estudio revela la actividad catalítica eficiente de Au@Ag@RGO, para la degradación de MO y
RB, aproximadamente el 90 y 95%, respectivamente.
Abstract. In this work, we developed a simple method for obtaining composites of reduced graphene
oxide (rGO) and Gold and Silver Nanoparticles (Au@AgNPs). Graphene oxide (GO) was prepared
using Hummer´s method and then it was reduced using microwave radiation. Au and Ag nanoparticles
were prepared by in-situ ablation method using a second harmonic of a Nd:YAG laser on the
dispersion of GO. Finally, GO was reduced using microwave radiation and the nanocomposite
Au@Ag@rGO was characterized terms of their morphological, structural, optical and catalytic
properties. For catalytic degradation, Metilene Orange (MO) and Rodamina B (RB) dyes were used as
a model compound. This study reveals efficient catalytic activity of Au@Ag@rGO, for the
degradation of EBT and RB, about 90 and 95%, respectively.
Fabricación de un dispositivo basado en la resonancia de plamones
de superficie integrado y alimentado eléctricamente para
aplicaciones de biosensores
Fabrication of an integrated and electrically driven surface
plasmon resonance device for biosensing applications
A Jiménez1, D Lepage1, J Beauvais1 and J J Dubowski1
1
Departamento de Ingeniería de Cómputo y Eléctrica, Instituto Interdisciplinario para la
Innovación en Tecnología (3IT), Universidad de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec, Canadá
Resumen. El desarrollo de dispositivos miniaturizados para la detección temprana de biomoléculas
dañinas para los humanos y otros seres vivos es de gran importancia a los esfuerzos que abordan el
control y prevención de enfermedades. Se presenta el desarrollo de un dispositivo basado en la
resonancia de plasmones de superficie (SPR) que ha sido integrado monolíticamente con una fuente
óptica de excitación de plasmones. La integración se logra mediante el empleo de un diodo de emisión
vertical (VLED) disponible comercialmente que fue recubierto con una capa de SiO 2 de 260 nm de
espesor y a su vez fue cubierta con una capa de Au de 40 nm de espesor. La arquitectura investigada
permitió el acople de la luz del VLED con las ondas SPR generadas en la superficie externa del Au. La
señal SPR fue extraída en el campo lejano usando una estructura en forma de nano-rejilla 2D de Au.
La superficie de 10 mm x 10 mm del dispositivo fue divididad en 25 ventanas de 1 mm x 1 mm cada
una. El análisis de las condiciones SPR dentro de cada ventana fue llevada a cabo con la ayuda de un
sistema de imágenes hiperespectrales SPR de diseño personalizado. La calibración del dispositivo y su
respuesta fueron investigadas para muestras inmersas en soluciones acuosas salinas. Los resultados
recogidos hasta la fecha indican que éste dispositivo es capaz de resolver cambios del Indice de
Refracción de 9.5x10-5 RIU. Se discuten los posibles enfoques para el mejoramiento de éste resultado
y el aprovechamiento de las técnicas de producción escalables en la fabricación con costo atractivo de
dispositivos SPR integrados monolíticamente para aplicaciones de biosensores.
Abstract. The development of miniaturized devices for rapid detection of biomolecules harmful to
humans and other living organisms is of high importance to the efforts addressing disease control and
prevention. We report on the development of a surface plasmon resonance (SPR) device
monolithically integrated with a plasmon exciting optical source. The integration was achieved by
employing a commercially available vertical light emitting diode (VLED) coated with a 260 nm thick
layer of SiO2 that was capped with a 40-nm thick layer of Au. The investigated architecture allowed
coupling of the VLED light with SPR waves generated at the external surface of Au. The SPR signal
was extracted in far field using a 2D nano-grating structure of Au. The device surface area of 10 mm x
10 mm was divided into 25 windows, 1 mm x 1mm each. The analysis of SPR conditions within each
window was carried out with a custom designed hyperspectral SPR imaging system. The device
calibration and response was investigated for samples immersed in saline water solutions. The results
collected to date indicate that this device is capable of resolving refractive index changes of 9.5 x 10-5
RIU. We discuss possible approaches towards improvement of this result and taking advantage of the
scalable production techniques in the fabrication of cost-attractive monolithically integrated SPR
devices for biosensing applications.
Simulación computacional de una nueva fuente compacta
autoresonante de rayos x basada en el modo rectangular TE 102
Computational simulation of a novel compact autoresonant x ray
source based on TE102 rectangular mode
A M Herrera1,2, E A Orozco2 and V D Dugar-Zhabon2
1
Heidelberg University, Heidelberg, Germany
2
Resumen. La interacción ciclotrónica autoresonante espacial de un haz de electrones con microondas
del modo rectangular TE102 es simulada computacionalmente por primera vez. Se muestra que en
estas condiciones los electrones del haz pueden alcanzar energías que son suficientes, por ejemplo,
para generar rayos X duros. El modelo físico consiste en una cavidad rectangular alimentada por un
magnetrón a través de una guía de ondas con un aislante de ferrita, una ventana de iris y un sistema de
bobinas de corriente continua que induce un campo magnético axialmente simétrico. El perfil del
campo magnético 3D es tal que mantiene el haz de electrones en el régimen de autoresonancia
ciclotrónica a lo largo de toda la trayectoria del haz. Para simular la dinámica del haz se desarrolló un
código electromagnético partícula en celda autoconsistente 3D. Se muestra que un haz de electrones de
1 A inyectado con una energía de 12 keV se acelera hasta alcanzar la de energía de 250 keV en una
distancia del orden de 20 cm por un campo de microondas de 2,45 GHz una amplitud de 14 kV/cm.
Abstract. The space cyclotron autoresonance interaction of an electron beam with microwaves of
TE102 rectangular mode is simulated for the first time. It is shown that in these conditions the beam
electrons can achieve energies which are sufficient, for example, to generate hard xrays. The physical
model consists of a rectangular cavity fed by a magnetron oscillator through a waveguide with a ferrite
isolator, an iris window and a system of dc current coils, to induce an axially symmetric magnetic
field. The 3D magnetic field profile is that which maintains the electron beam in the space
autoresonance regime. To simulate the beam dynamics, a 3D full selfconsistent electromagnetic
particleincell code is developed. It is shown that the injected 12 keV electron beam of 1 A current is
accelerated to energy of 250 keV at a distance of an order of 20 cm by 2.45 GHz standing microwave
field with amplitude of 14 kV/cm.
Wear and Corrosion/Oxidation - WCO
Desgaste y Corrosión/Oxidación – WCO
Efecto de CaCO3, pH, cloruros y sulfatos en la integridad de
ductos enterrados
Effect of CaCO3, pH, chlorides and sulfates in the integrity of
buried pipelines
K A Blanco-Buitrago1, G Boyacá-Grijalba1, E Vera-López1 and Y Pineda-Triana1
1
Universidad Pedagógica y tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
Resumen. En Colombia, los ductos (gas, poliductos y oleoductos) van enterrados, estos ductos
presentan un recubrimiento que en algunos casos presentan fallas. Se ha detectado, que uno de los
problemas de integridad (corrosión exterior) de los ductos, es debido a la criticidad de los terrenos. En
este trabajo, se realizaron pruebas en las que se alteraron los parámetros fisicoquímicos de un suelo a
diferentes concentraciones de CaCO3, cloruros, sulfatos y pHs, con el fin, de evaluar posibles
condiciones agresivas que afectan la integridad mecánica de ductos y tanques. Se usaron técnicas
electroquímicas (tafel, EIS) para evaluar el grado de agresividad de los terrenos en función de
parámetros fisicoquímicos. Se determinó una matriz de riesgos que evalua la incidencia de cada
parámetro, en el daño de un acero al carbono.
Abstract. In Colombia, the pipelines (gas, pipelines and pipelines) are buried, these products have a
coating which in some cases have flaws. It has been detected that one of the problems of integrity
(exterior corrosion) products, is due to the criticality of the land. In this work, tests in which soil
physicochemical parameters were altered to different concentrations of CaCO3, chlorides, sulfates and
pHs, in order, to assess possible aggressive conditions affecting the mechanical integrity of pipelines
and tanks were performed. Electrochemical techniques (Tafel, EIS) were used to assess the degree of
aggressiveness of the land in terms of physicochemical parameters. A risk matrix that evaluates the
impact of each parameter on the damage of a carbon steel was determined.
Mejoramiento de la resistencia al desgaste del acero inoxidable
420 mediante el uso de un recubrimiento dúplex nitruración por
plasma y nitruro de titanio
Wear resistance enhancement of stainless steel 420 using a duplex
coating of plasma nitriding and titanium nitride
J P Molina-Rúa1, G Bejarano-Gaitán1 and F J Bolivar1
1
Centro de InvestigaciónInnovación y Desarrollo de Materiales (CIDEMAT), Universidad de
Antioquia, Medellín, Colombia
Resumen. El acero inoxidable 420 ha sido utilizado en estado templado para la fabricación de
herramientas de corte, moldes de extrusión de polímeros e instrumentación quirúrgica y odontológica,
entre otros. Sin embargo, su relativa baja dureza y resistencia al desgaste conlleva a una vida corta de
uso, cuando están piezas son utilizadas en condiciones severas de trabajo. El objetivo principal de esta
investigación fue el de mejorar la dureza y resistencia al desgaste del acero inoxidable 420 aplicando
un tratamiento superficial dúplex consistente en su nitruración por plasma pulsado y la posterior
deposición de un recubrimiento duro de nitruro de titanio TiN. Previo a la deposición del TiN, los
sustratos de acero 420 se sometieron a un proceso de nitruración por plasma pulsado durante 8 horas
magnético a
partir de un blanco de titanio. La microestructura, composición química y de fases, fueron evaluados
por Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos-X
(EDX), Difracción de Rayos-X (DRX) y Espectroscopia Microraman. El comportamiento frente a la
corrosión de la muestra de acero sin recubrir y tratada con el recubrimiento dúplex se determinó
mediante mediciones de impedancia electroquímica (EIS) y curvas de polarización, para lo cual se
utilizó una solución de fluido simulado (SBF). La muestra recubierta presentó una dureza de 17,4 GPa
frente a 4,2 GPa del acero sin recubrir, así como una tasa de desgaste dos órdenes de magnitud menor.
Las muestras tratadas con el recubrimiento dúplex de TiN presentaron una impedancia y un potencial
de corrosión tres veces mayor que el acero sin recubrimiento, sugiriendo una mayor resistencia a la
corrosión del acero recubierto. Con base en estos resultados primarios, los tratamientos dúplex son una
apropiada estrategia para mejorar la resistencia al desgaste y a la corrosión del acero inoxidable 420, y
que probablemente permitirían una utilización más eficiente y económica en muchas aplicaciones
industriales.
Abstract. Hardened stainless steel AISI 420 has been used for manufacturing of cutting tools, polymer
extrusion dies and for dental and surgical instrumentation, among other. However, its relatively low
hardness and wear resistance leads to a short lifetime, when this steel is used under severe work
conditions. The main objective of this research was to improve the hardness and wear resistance of
stainless steel 420 by applying a surface duplex treatment consisting of pulsed plasma nitriding and
subsequent deposition of a hard coating of titanium nitride. Prior to the deposition of TiN, 420 steel
substrates were subjected to a plasma nitriding process down for 8 hours in an atmosphere of Ar + N2
+ H2 at a temperature of 400°C. The coatings with a thickness of 1.2 μm were deposited by the
magnetron sputtering technique, using a titanium target. The microstructure, chemical and phase
composition were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), Dispersive X-ray Energy
Spectroscopy (EDX), X-ray Diffraction (XRD) and Microraman Spectroscopy. The corrosion behavior
of the uncoated sample and treated with the duplex coating was determined by Electrochemical
Impedance Spectroscopy (EIS) and polarization curves, for which a solution of simulated body fluid
(SBF) was used. The coated sample presented a hardness of 17.4 GPa compared to 4.2 GPa of the
uncoated steel, as well as a wear rate two orders of magnitude lower. Samples treated with the duplex
TiN coating showed an impedance and corrosion potential three times greater than the uncoated steel,
suggesting a higher corrosion resistance of the coated steel. Based on these primary results, the duplex
treatments are an appropriate strategy to improve the wear and corrosion resistance of 420 stainless
steel, and probably could enable a more efficient and economical use in many industrial application.
Recubrimientos de alúmina y dióxido de titanio depositados a
través de rociado térmico
Alumina and titanium dioxide coatings deposited through thermal
spray
A Santos1, A Remolina2 and J Marulanda1
1
2
Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Pereira, Risaralda, Colombia
Resumen. Este proyecto busca comparar el comportamiento de la dureza y la resistencia al desgaste
abrasivo de un acero AISI 1045 cuando se recubre con oxido de aluminio (Al2O3) o dióxido de titanio
(TiO2), de tamaño nanométrico, utilizando la técnica de rociado térmico en caliente, la cual permite
proyectar directamente las partículas en suspensión sobre el sustrato utilizado. Los ensayos se realizan
con base en las normas ASTM E384-11 (Standard Test Method for Knoop and Vickers Hardness of
Materials) y la ASTM G65-04 (Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry
Sand/Rubber Wheel Apparatus). Los resultados obtenidos muestran que la microdureza no varía con la
carga utilizada para realizar el ensayo; además el tratamiento térmico de temple-revenido y los
recubrimientos con alúmina y dióxido de titanio, nanoparticulado, incrementan está propiedad
mecánica superficial en un 21.73, 220.33 y 144.76% respectivamente. Con respecto a la resistencia al
desgaste abrasivo se observó que la cantidad de material perdido aumenta linealmente con la distancia
recorrida; también se determinó que el tratamiento térmico de temple-revenido y los recubrimiento con
alúmina y dióxido de titanio disminuye en promedio un 12.86, 39.57 y 29.31% respectivamente el
volumen de material desprendido durante el ensayo.
Abstract. This project aims to compare the behaviour of hardness and abrasive wear resistance of
AISI 1045 steel when is coated with aluminium dioxide (Al2O3) or titanium dioxide (TiO2) of
nanometric size, using the thermal spray heat technique, which allows to project directly the suspended
particles on the used substrate. The tests are performed based on ASTM E382-11 (Standard Test
Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials) and ASTM G65-04 (Standard test method for
measuring abrasion using the dry sand/rubber wheel apparatus). The obtained results show that micro
hardness do not vary with the used load to perform the test; also the heat treatment of hardeningtempering and the alumina and titanium dioxide coatings, nanoparticulate, increase this superficial
mechanical property on 21.73, 220.33 and 144.76% respectively. Regarding the abrasive wear
resistance was observed that the amount of lost material increases linearly with the covered distance; it
was also determined that the heat treatment of hardening-tempering and alumina and titanium dioxide
decreases on average 12.86, 39.57 and 29.31% respectively the volume of released material during the
test.
Ensuciamiento generado por un crudo pesado colombiano sobre
un acero al carbono bajo condiciones de precalentamiento
Formation of fouling deposits on a carbon steel surface from
colombian heavy crude oil under preheating conditions
D A Muñoz-Pinto1, S M Cuervo-Camargo1, M Orozco-Parra1, D A Laverde-Cataño1, S
J García-Vergara1 and C E Blanco-Pinzón2
1
Grupo de Investigaciones en Corrosión, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,
Colombia
2
Grupo Integridad Mecánica de Activos (CEO), Instituto Colombiano del Petróleo (ICP –
VIN), Piedecuesta, Colombia
Resumen. El ensuciamiento en intercambiadores de calor definido como la acumulación de material
no deseado en las superficies produce con el paso del tiempo incrementos en la caida de presión y en
general la disminución de la eficiencia térmica de las unidades. El ensuciamiento es causado
principalmente por el depósito de partículas suspendidas, partículas derivadas de reacciones químicas,
cristalización de algunas sales y ciertos tipos de corrosión. Para el estudio del ensuciamiento generado
sobre una superficie de acero al carbono SA 516 Gr70 expuesta a crudo pesado Colombiano
(API≈12.3), un reactor batch con agitación a una presión de operación de 340 psi fue operado a
differentes temperaturas y tiempos de exposición. Para evaluar los depósitos sobre la superficie del
material, las muestras de acero fueron caracterizadas por análisis gravimétrico y Microscopía
Electrónica de Barrido (SEM). Los resultados obtenidos mostraron una ganancia significativa de masa,
probalemente por la presencia de compuestos como: sales, oxidos de hierro y metales alcalinos en la
superficie de las muestras. La temperatura y el tiempo de exposición, modularon el fenómeno de
ensuciamiento, siendo la temperatura la variable más influeyente en el proceso y la que determina el
mecanismo de ensuciamiento.
Abstract. Fouling in heat exchangers is produced by the deposition of undesired materials on metal
surfaces. As fouling progresses, an increase in pressure drop and heat transfer resistance is observed
and, therefore, the overall thermal efficiency of the equipment is diminished. Fouling is mainly caused
by the deposition of suspended particles, such as those from chemical reactions, crystallization of
certain salts, and some corrosion processes. In order to understand the formation of fouling deposits
from Colombian heavy oil (API≈12.3) on carbon steel SA 516 Gr 70, a batch stirred tank reactor was
used. The reactor was operated at a constant pressure of 340 psi while varying the temperature and
reaction times. To evaluate the formation of deposits on the metal surfaces, the steel samples were
characterized by gravimetric analysis and Scanning Electron Microscopy (SEM). On the exposed
surfaces, the results revealed an increase in the total mass derived from the deposition of salt
compounds, iron oxides and alkaline metals. In general, fouling was modulated by both the
temperature and the reaction time, but under the experimental conditions, the temperature seems to be
the predominant variable that controls and accelerates fouling.
Análisis superficial y caracterización mecánica de películas
delgadas de bisulfuro de tungsteno titanio WS2-Ti depositadas por
medio de magnetrón Co sputtering a diferentes concentraciones de
titanio
Surface analysis and mechanical characterization of titanium
doped tungsten disulphide (WS2-Ti) thin films deposited by
magnetron Co sputtering at different titanium concentrations
B Sanchez1, A Gomez1, C Ortega1, J M González1 and F sequeda1
1
Resumen. Se depositaron películas delgadas de Bisulfuro de Tungsteno dopado con titanio (WS2-Ti),
variando el porcentaje de Ti entre 0 y 40 %. Por medio de perfilometría se determinaron las
propiedades superficiales del material (espesor, rugosidad y esfuerzos intrínsecos). Posteriormente se
estudió el efecto de diferentes cargas en las propiedades mecánicas de la película, generando un perfil
de nanodurezas, determinando el efecto del substrato en las propiedades mecánicas del sistema,
mediante el modelo de Korsunsky y evaluando la huella de indentación por medio de microscopia
electrónica de barrido. Se observó la generación de grietas radiales asociadas con delaminación y falla
adhesiva. Este procedimiento permitió evaluar la carga crítica de adhesión y determinar el
comportamiento de la tenacidad a la fractura de la película delgada. Además se determinó el perfil de
esfuerzos a partir del modelo de contacto tipo Hertziano usando la dureza y módulo de elasticidad
obtenidas a partir del modelo de Oliver y Pharr.
Abstract. Titanium doped tungsten disulphide thin films were deposited using magnetron sputtering,
varying the Ti percentage from 0 to 40%. Using profilometry the superficial properties were
determined (thickness, roughness and intrinsic stress). Subsequently the effect of different loads in the
mechanical properties of the films were studied, generating a hardness profile, determining the
influence of the substrate on the mechanical properties of the system, using the Korsunsky model and
evaluating the indentation impression using scanning electron microscopy. The generation of radial
cracks was observed associated to delamination and adhesive failures. This procedure allowed the
evaluation of the adhesion critical load and to determinate the fracture tenacity behavior in the thin
film. In addition, the contact stress profile was observed from the Hertzian contact model, using the
hardness and the elastic moduli obtained from the Oliver and Pharr model.
Influencia de la temperatura de nitruración en el desempeño
electroquímico del acero 316L en solución corporal simulada
Influence of nitriding temperature in the electrochemical
performance of 316L steel in simulated body solution
D S Galeano-Osorio1, H A Estupiñán1, J Manuel-Vélez1, A Mello- da-Silva2, S Vargas3
and R Ospina2
1
Universidad Nacional de Colombia, Medellin, Colombia
2 Centro Brasilero de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, Brasil
3 Ion Heat S.A.S., Colombia
Resumen. Se nitruraron iónicamente muestras de acero 316L, fijando el tiempo a 2h y variando
temperatura de nitruración (380°C, 400°C, 420°C). Se investigó la fase formada y el comportamiento
electroquímico en SBF de las superficies, comparando los resultados con los obtenidos para el acero
HNS y un tratamiento realizado a 10h. La nitruración produjo la fase S dependiendo su microestructura
de la temperatura, iniciándose su degradación a 10h; y hallando mediante XPS evolución de especies
de CrN/FeN en las superficies. Las curvas de polarización mostraron un aumento en la resistencia a la
corrosión para los procesos realizados a 2h, incluso aún mayor en el proceso realizado a 400°C, este
proceso lució menor formación de CrN/FeN. La espectroscopia de impedancia electroquímica
proporcionó información del mecanismo de disolución de la capa pasiva en SBF y sus características;
ésta reveló dos constantes de tiempo en todas las muestras estudiadas debido a la capa porosa presente
en la superficie; la nitruración aumentó Rp, aún mas a 400°C, decreciendo a 10h; todas las muestras
nitruradas a 2h aumentaron la impedancia. El proceso de nitruración iónica mejoró la resistencia a la
corrosión en SBF, en comparación al acero HNS con nitrógeno en su volumen.
Abstract. 316L stainless steel samples were ionic nitrided, time was set to 2h and temperatura was
varied (380°C, 400°C, 420°C). The phase composition and electrochemical behavior in SBF of the
nitrided surfaces were investigated and the results were compared with those obtained for HNS and a
treatment carried out for 10h. The processes yielded S phase and their microstructure depended on the
temperature, appearing its degradation at 10 hours, and finding by XPS evolution of CrN and FeN on
the top surfaces. Polarization curves showed a further improvement of the corrosion resistance for
process at 2h, even more in the process carried out at 400°C; this process showed less formation of
CrN and FeN. Electrochemical impedance spectroscopy gave information about the mechanism of
dissolution of the passive layer in SBF and the characteristics thereof, this technique revealed two time
constants in all samples due to the porous layer present on the surface; Rp increased for the nitrides
sample even more at 400°C but it decreased at 10h; all nitride samples at 2h increased the impedance.
According at to electrochemical test results, the ionic nitriding process improving the corrosion
resistant in SBF in comparison to HNS with nitrogen in its whole volume.
Análisis de falla rotor de cavidades progresivas con recubrimiento
de cromo
Failure analysis rotor progressive cavity coated chromium
G Vargas1 and Y Pineda1
1
Instituto de Investigación e Innovación en Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Colombia
Resumen. En este trabajo se plasmara el análisis de falla de un rotor de bomba de cavidades
progresivas, cuyo recubrimiento se vio afectado por corrosión y desgaste, para el desarrollo del análisis
de falla se procedió a la caracterización de los materiales presentes, mediante análisis metalográfico,
composición química, dureza y microscopia electrónica. Durante la caracterización se observaron
cambios localizados en la microestructura del sustrato, producto de afectaciones térmicas, en dichos
lugares, luego del agrietamiento del recubrimientos duro de cromo, lo cual permitía el contacto de
agentes externos con el sustrato se generó corrosión galvánica debido al cambio microestructural; la
presencia de dos microestructuras diferentes ocasiona u par galvánico entre las mismas en la cual la
zona martensítica actúa como ánodo mientras que la matriz bainítica actúa como cátodo, al presentarse
gran diferencia en los tamaños de las zona involucradas, el proceso ocurre rápidamente. Teniendo en
cuenta que el cromo del recubrimiento actúa anódicamente comparado con el sustrato, se presentó un
deterioro en este en las zonas localizadas justo encima de los cambios microestructurales, actuando
como ánodo de sacrificio, lo cual genero un desgaste progresivo y localizado del recubrimiento.
Abstract. In this paper the analysis of failure of a rotor progressive cavity pump, the coating was
affected by corrosion and wear, for the development of fault analysis proceeded to the characterization
of materials present, by metallographic analysis, composition will be reflected chemistry, hardness and
electron microscopy. During the characterization microestrcutura located on the substrate, the product
of thermal damages, in such places, then cracking the hard chromium coatings, which allowed changes
outsiders contact with the substrate galvanic corrosion is gender were observed due to the
microstructural change; the presence of two different microstructures produces a galvanic couple there
between in the martensitic zone which acts as an anode while the bainitic matrix acts as a cathode, the
present difference in the sizes of the area involved, the process occurs quickly. Given that chromium
acts anodically coating the substrate compared with a deterioration in this is present in areas located
just above the microstructural changes, acting as sacrificial anode, which caused a progressive and
localized wear of the coating.
Oxidación de superficies de cobre para aplicaciones térmicas
Copper surface oxidation for thermal applications
R Pineda1, A J López1 and H Correa1
1
Universidad del Quindío, Instituto Interdisciplinario de las Ciencias, Armenia, Quindío,
Colombia
Resumen. El interes por el estudio de los procesos de oxidación en el cobre metàlico, surge de la
necesidad de usar el cobre como conductor tèrmico y aislante elèctrico a la vez en aplicaciones de
transferencia térmica. Se diseño y construyo varios prototipos de calentadores en los que la resistencia
elèctrica esta en contacto directo con la superficie oxidada de cobre, logrando el máximo acople
térmico posible y por lo tanto un òptimo control de la temperatura, minimizando las perdidas de
tranferencia de calor. El oxido que se forma en la superficie, es un semiconductor, que se constituye en
el material aislante entre la resistencia eléctrica y la superficie de cobre. Estudios eléctricos y
termogravimètricos para la oxidación del cobre en aire y oxigeno, muestran que para la dependencia de
las tasas de oxidación, se han identificado diferentes procesos para la oxidación del cobre: difusión en
el volumen y en las fronteras de grano, crecimineto de óxido en la superficie.
Abstract. The interest by the study of the oxidation processes in methalic copper, of need to use the
copper as thermal conductor and electrical isolate at the same time, in thermal transference
applications. Particulary has been designed and builded devices of heater in which the electric
resistance, is in direct contact whith the copper oxidated surface, obtaining the major thermal coupling
and therefore the optimal temperature control, minimizing the loss by heat tranference. The oxide that
is formed in surphase, is a semiconductor isolating between electric resistance and copper surface.
Electrical and thermogravimetric studies from the copper oxidation in air and oxigen, show that in the
dependence of oxidation rates, different processes can be identified: bulk diffusion, grain-boundary
diffusion, and surface control with whisker growth.
Efecto corrosivo de los tipos de terreno en los sistemas de puestas a
tierras más usados (cobre y acero inoxidable) para muestras de
suelos locales de la ciudad de Tunja (Colombia) mediante técnicas
electroquímicas
Corrosive effect of the type of ground in the systems of grounding
more used (copper and stainless steel) for local soil samples from
the city of Tunja (Colombia), by means of electrochemical
techniques
L Guerrero1, Y Salas2, J Blanco3 and F Medina3
1
Universidad Pedagogica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia
2
Group Research on Energy and Materials, Universidad Antonio Nariño, Colombia
Resumen. En este trabajo se utilizaron técnicas electroquímicas para determinar el comportamiento
frente a la corrosión de electrodos base cobre y acero inoxidable, usados en puestas a tierra variando el
tipo de suelo con el que reaccionarían. Se encontró una variación leve pero significativa en la
velocidad de corrosión, resistencia a la polarización lineal y parámetros del circuito equivalente en la
técnica de espectroscopía de impedancias electroquímica. Los electrolitos en los suelos es levemente
diferente según el estudio de laboratorio, pero se notó la influencia en la capacidad de retención de
agua, sobre todo debido a las arcillas, que afectaron la movilidad iónica y por tanto las medidas como
la velocidad de corrosión. Se notó un comportamiento en potenciales de corrosión mayores para el
cobre, aunque la velocidad de corrosión sin importar el tipo de suelo, era mucho mayor para los
electrodos en base a acero inoxidable, en varios órdenes de magnitud.
Abstract. In this work electrochemical techniques were used to determine the corrosion behaviour of
copper and stainless steel electrodes, used in grounding varying soil type with which they react. A
slight but significant change in the corrosion rate, linear polarization resistance and equivalent
parameters in the technique of electrochemical impedance spectroscopy circuit. Electrolytes in soils is
slightly different depending on laboratory study, but the influence was noted in the retention capacity
of water, mainly due to clays, affecting ion mobility and therefore measures such as the corrosion rate.
Behaviour was noted in greater potential for copper corrosion, though the corrosion rate regardless of
the type of soil, was much higher for electrodes based on stainless steel, by several orders of
magnitude.
Evaluación electroquímica del comportamiento frente a la
corrosión para acero estructural SAE 1005 expuesto a dos
atmósferas diferentes (urbana e industrial) y comparación con
mediciones gravimétricas de corrosión atmosférica
Electrochemical evaluation of the corrosion behavior for
structural steel SAE 1005 exposed to two different atmospheres
(urban and industrial) and comparison with atmospheric
corrosion gravimetric measurements
Y Salas1, C Torres1, A Palacios1 and D Mesa1
1
Group Research on Energy and Materials, Universidad Antonio Nariño, Colombia
Resumen. La corrosión atmosférica es un fenómeno que vemos todos los días en nuestro entorno que
se presenta debido a la contaminación ambiental que generamos, en la actualidad existe muy poca
información sobre la corrosión atmosférica en el departamento de Boyacá y en general, en Colombia.
El objetivo de este trabajo es analizar cuál de estos dos entornos es más agresivo y en el que el acero se
corroe más rápido. Para analizar este fenómeno muestras realizadas en acero SAE 105 fueron
expuestas durante diez meses a la atmósfera en los municipios de Tunja y Nobsa (un ambiente urbano
y la otra atmósfera industrial), se realizó un monitoreo para verificar la cantidad de tiempo que se
expone cada uno de estas muestras a la atmósfera, de este modo, se puede determinar el tiempo de vida
útil de un acero estructural. Para el análisis de estas muestras ensayos electroquímicos se llevaron a
cabo para calcular la velocidad de corrosión y resistencia a la polarización, también se llevó a cabo el
método gravimétrico para comparar lo que era la cantidad de masa perdida durante el tiempo de
exposición de cada una de las muestras.
Abstract. The Atmospheric corrosion is a phenomenon we see every day in our environment that
arises due to environmental pollution we generate, there is currently very little information on
atmospheric corrosion in the department of Boyacá and in general, in Colombia. The aim of this paper
is to analyse which of these two environments is more aggressive and wherein the steel corrodes faster.
To analyse this phenomenon specimens made in steel SAE 105 exposed for ten months to the
atmosphere in the municipalities of Tunja and Nobsa (a urban atmosphere and other industrial
atmosphere) were installed, a control was carried to verify the amount of time that will be exposed
each of these samples to the atmosphere, of Thus it may determine the lifetime of a structural steel. For
the analysis of these samples electrochemical tests were carried out to calculate the rate of corrosion
and resistance to polarization, also the gravimetric method be conducted to compare what was the
amount of mass lost during the time of exposure to each of the samples.
Breve revisión de las técnicas y desafíos técnicos en el estudio del
efecto del hidrógeno en aleaciones de ingeniería
Brief review of techniques and technical challenges studying the
effects of hydrogen on engineering alloys
L F Lemus1, J M Matsushita1 and A D Martinez1
1
Centro de Tecnologia Halliburton Brazil, Rio de Janeiro, Brazil
2 Universida de Santander, Bucaramanga, Colombia
3 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen. La interacción del hidrógeno con metales y aleaciones afecta severamente diversas
industrias incluyendo la química, petroquímica, producción de petróleo, transporte y almacenamiento
de hidrógeno. Al interaccionar con los constituyentes presentes en la red cristalina de los metales, su
microestructura y con los gradientes de tensión, el hidrógeno puede generar deterioro de las
propiedades mecánicas. En condiciones adecuadas, el hidrógeno puede promover mudanzas
microestructurales, modificación de propiedades fisicoquímicas e inclusive reaccionar químicamente
con los elementos metálicos de la aleación para formar segundas fases tales como gases o hidruros.
Este efecto hace al uso de hidruros metálicos viable como medio con alta densidad energética para
almacenamiento seguro de hidrógeno. Consecuentemente, es de gran interés caracterizar y medir las
modificaciones en las propiedades de ingeniería inducidas en el material durante la exposición al
hidrógeno. En este trabajo presenta una breve revisión de las técnicas experimentales más ampliamente
usadas para estudiar fragilización, aprisionamiento, difusión y almacenamiento que resultan de la
interacción del hidrógeno con las aleaciones metálicas de interés en la ingeniería. Incluye
descripciones de los resultados que pueden ser típicamente obtenidos, su interpretación y los
problemas experimentales más frecuentemente encontrados cuando se ejecutan los procedimientos de
ensayo.
Abstract. The interaction of hydrogen with metals and alloys greatly affects several industries,
including chemical, petrochemical, oil production, and hydrogen transport and storage. When
hydrogen interacts with the crystal lattice, microstructures, and stress gradients, the material can
undergo a degradation of mechanical properties. Under appropriate conditions, hydrogen can promote
microstructural modifications, physiochemical properties modifications, and even react with the
alloying elements to form additional phases, such as gases or hydrides. This effect makes the use of
metal hydrides as high energy density media for safe hydrogen storage feasible. Consequently, it is of
great interest to characterize and measure the modifications on engineering properties induced in the
material during hydrogen exposure. This paper presents a brief review of widely used experimental
techniques to study embrittlement, trapping, diffusion, and hydride formation that result from the
interaction of hydrogen with engineering metallic alloys. It includes descriptions of the results that can
be typically obtained, their interpretation and analysis, and experimental difficulties most frequently
encountered when performing test procedures.

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