MATERIALES COMPUESTOS

Autor: GIMENEZ LAZARRAGA MONICA.
Año: 2004.
Universidad: AUTÓNOMA DE MADRID [www.uam.es].
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS.

Resumen: Hemos estudiado materiales compuestos de electrolito sólido y de cátodo. Los materiales compuestos de electrolito sólido son sistemas binarios que están formados por un conductor iónico con estructura tipo Nasicon y composición LiSn2(PO4)3 y un polímero aislante (Teflón). Los materiales compuestos de cátodo son sistemas ternarios que están formados por el material activo de cátodo (LiMn2O4), un polímero (PVDF) y un conductor electrónico (NC). Los materiales compuestos formados por LiSn2(PO4)3 y Teflón muestran una microestructura en la que hay partículas individuales del conductor iónico rodeadas por el polímero (partículas aisladas), agregados de partículas de conductor iónico rodeadas por el polímero (agregados aislados) y agregados de partículas de conductor iónico que van desde un extremo del material compuesto hasta el otro extremo (agregados extendidos). Sólo estos últimos permiten la conducción de los iones Li+ según un modelo percolativo. El umbral de percolación (30% en volumen de LiSn2(PO4)3) es mayor que el esperado (17%) para una distribución al azar de las partículas. Esto se debe a que en el proceso de agregación de las partículas se forman agregados aislados antes de conectarse unos con otros para dar lugar a los agregados extendidos. Para explicar la dependencia de la conductividad iónica en función de la frecuencia se ha elaborado un modelo que tiene en cuenta la microestructura de los materiales compuestos. Este modelo nos ha permitido determinar la conductividad iónica intrínseca del LiSn2(PO4)3 y es aplicable a otros conductores iónicos difícilmente sinterizables. La conductividad dc del material compuesto está dominada por la conductividad de frontera de grano. Esta conductividad es muy inferior a la conductividad intrínseca del LiSn2(PO4)3, lo que nos ha impedido utilizar estos materiales compuestos como electrolitos sólidos en una batería de litio. Dependiendo del método de procesado que se utilice para los materiales compuestos de cátodo, las partículas de PVDF permanecen aisladas (método físico) o forman un entramado dentro del material compuesto (método químico). En el primer caso el material compuesto es frágil y en el segundo es dúctil. En ambos casos la conductividad electrónica del material compuesto varía con el contenido de NC según un modelo percolativo, con un umbral de percolación del 3% en volumen, menor que el esperado para una distribución al azar (17%). Esto es debido a que las partículas de NC, que son de menor tamaño que las de LiMn2O4, rodean a estas últimas. Hemos encontrado que la capacidad específica de LiMn2O4 como cátodo (a 4V) varía con el contenido de NC igual que la conductividad eléctrica del material compuesto, es decir, ambas magnitudes están relacionadas entre sí y sus valores dependen de la composición del material compuesto. Se ha determinado la composición del material compuesto que tiene la mayor capacidad. Se ha mejorado el material compuesto de cátodo mejorando el material activo. Para aumentar la velocidad de inserción, se han sintetizado espinelas de composición LiNiyMn2-yO4 (0 y 0.5) con tamaño de partícula nanométrico. Esto se ha conseguido con un método de combustión que es rápido y barato y que utiliza azúcar como combustible. Las muestras tienen un tamaño de partícula muy homogéneo, que crece con la temperatura, y sólo ligeramente para la composición y = 0.5. La capacidad (a 5V) y la ciclabilidad de la muestra LiNi0.5Mn1.5O4 obtenida por el método de combustión se ha comparado con una muestra de la misma composición obtenida por reacción en estado sólido. 8 La cicl 34c abilidad de la muestra obtenida por combustión es ligeramente inferior a la de la muestra cerámica pero la capacidad de la primera es claramente superior que la de la segunda, sobre todo para altas densidades de corriente.

Autor: RASTELLINI FERNANDO GABRIEL.
Año: 2005.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [www.upc.edu].
Centro de lectura: C.Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria.
Centro de realización: EDIFICI C1 Campus NORD.

Resumen: La respuesta mecánica de los materiales compuestos depende del comportamiento de los materiales componentes y de su micro-estructura. Para mejorar y optimizar el diseño de piezas estructurales de materiales compuestos, la industria requiere herramientas informáticas que reproduzcan de manera apropiada el comportamiento de estos materiales incluso en el rango no lineal. Por tanto, es muy importante la investigación y desarrollo de modelos numéricos para compuestos que tengan en cuenta la morfología o estructura del material de forma adecuada y eficiente, además de ser necesario contar con un entorno gráfico específico para este tipo de problemas que facilite la entrada de datos al código de cálculo y posteriormente permita visualizar los resultados deseados. El objetivo principal de la presente tesis doctoral es el desarrollo, formulación e implementación computacional, de un modelo numérico para el tratamiento de la no linealidad constitutiva de laminados reforzados con fibras, en el contexto de la mecánica de los medios continuos. Esta formulación plantea combinar los comportamientos de materiales simples (homogéneos) con el objetivo de obtener la respuesta mecánica del material compuesto (heterogéneo). Para ello, propone una gestión adecuada de los modelos constitutivos (homogéneos), actualmente disponibles, de cada uno de los materiales componentes; aprovechándose de esta manera el gran desarrollo conseguido en el campo de la modelización constitutiva de materiales simples, y permitiendo la transferencia de toda esta tecnología al campo de los materiales compuestos. Teniendo en cuenta la estructura interna del material compuesto, se desarrolla una estrategia de desacoplamiento e interacción de estas fases; de una manera novedosa. Esta metodología, denominada âcomposición de comportamientosâ, permite tener en cuenta muchos fenómenos locales de degradación que tienen lugar en las fases componentes, tales como plasticidad, daño, fatiga, etc., de una manera acoplada, lo cual también es novedoso en este tipo de enfoque. Se desarrolla el algoritmo de resolución del modelo propuesto que permite conseguir convergencia cuadrática, tanto local como global, de los problemas no-lineales al ser implementado como modelo constitutivo en un código de elementos finitos, proveyendo rapidez y precisión al análisis de estructuras de materiales compuestos en muchas aplicaciones ingenieriles. La simulación del laminado se logra mediante la combinación del modelo propuesto con una teoría de laminado aplicada en cada punto de integración. Se emplean elementos 3D sólidos isoparamétricos para discretizar estructuras laminadas gruesas; mientras que para estudiar estructuras laminares de pequeño espesor, se desarrolla un elemento de lámina laminado en capas de material compuesto, sobre la base de un elemento de lámina más simple. La validación del modelo muestra el cumplimiento de las ecuaciones de cierre (equilibrio de tensiones y compatibilidad de deformaciones entre componentes), tanto en la dirección de las fibras (comportamiento en paralelo) como en direcciones ortogonales (comportamiento en serie). Además, se ilustran diversas envolventes de fallo para lámina/laminados generadas con el modelo propuesto y se las compara con otros criterios de fallo global para compuestos y resultados experimentales disponibles en la literatura. La aplicabilidad del modelo se demuestra mediante simulaciones numéricas realizadas sobre geometrías de mayor complejidad para modelar 8 la respu 3c4 esta mecánica de piezas industriales. Los resultados numéricos contrastados con los experimentales indican la capacidad del modelo propuesto para describir el comportamiento no-lineal de laminados reforzados con fibras en diferentes orientaciones sometidos a estados de carga multiaxial tanto estática como cíclica.

Autor: MENDOZA RESENDEZ RAQUEL.
Año: 2005.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID [www.ucm.es].
Centro de lectura: CIENCIAS FÍSICAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.

Resumen: En esta investigación se han preparado partículas de oxido de hierro (hematites) monodispersas con morfología acicular y diferentes relaciones axiales. La técnica utilizada ha sido una hidrólisis de sal de hierro (III) asistida por temperatura. El mecanismo de formación de estas partículas es por agregación de partículas primarias (2-3mm). Por medio de la técnica de heterocoagulación las partículas aciculares de hematites fueron recubiertas de manera homogénea con diferentes aditivos (cobalto, aluminio, itrio). Se han analizado el efecto de cada uno de estos aditivos en sus propiedades estructurales y magnéticas. Las partículas de hametites y hematites recubierta se han reducido a partículas metálicas de hierro (puras) y hierro-aditivo en una atmósfera de hidrogeno a 400ºC, evaluando el efecto del flujo de hidrogeno, temperatura y tiempo de reducción, Las propiedades magnéticas de las diferentes partículas metálicas vienen determinadas principalmente por la anisotropia de forma y su microestructura. Los resultados indican que son materiales magnéticos duros con altas coercitividades (1200 Oe) e imanación de saturación de 160 emu/g. Se ha analizado el posible mecanismo de inversión dela imanación de estos sistemas, determinandose una inversión incoherente. Los resultados experimentales se ajustan mejor al modelo de las cadenas de esferas.

Autor: GARCÍA HERNÁNDEZ KARIN LILIANA.
Año: 2005.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID [www.ucm.es].
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.
Centro de realización: INSTITUTO DE CIENCIA DE MATERIALES DE MADRID CSIC.

Resumen: Se ha estudiado el origen de las fluctuaciones del campo coercitivo observadas experimentalmente en microhilos magnetostrictivos. Se ha extendido satisfactoriamente el modelo de activación térmica para describir el proceso de inversión de la imanación. La dependencia con la temperatura del ancho de la distribución del campo de inversión, que presenta un comprotamiento inusual en comparación con los datos experimentales presentados hasta ahora, ha sido resuelta en términos del modelo de termoactivación. Se ha considerado el potencial de anclaje de una sola pared de dominio y su dependencia con el campo aplicado para realizar al evaluación de los datos experimentales y el ajuste a la teoría de activación térmica. Se han identificado dos mecanismos de anclaje a la coercitividad de las muestras estudiadas uno magnetoelástico de largo alcance y otro de relajación estructural considerado de corto alcance. Además, se ha estudiado la velocidad de propagación de una sola pared de dominio en un microhilo amorfo ferromagnético en presencia de un campo magnético homogéneo. Los parámetros que promueven u obstaculizan su movimiento de la pared se han estudiado en función de la temperatura. Del análisis cuantitativo de los parámetros obtenidos y de las características de la pared, se ha introducido un mecanismo de amortiguamiento, antes introducido solo de manera teórica, dependiente del tiempo y dominante a bajas temperaturas.

Autor: TIRADO MARTIN JOSE MARIA.
Año: 2006.
Universidad: CASTILLA-LA MANCHA [www.uclm.es].
Centro de lectura: E.T.S.INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES.

Resumen: LOS DISPOSITIVOS BASADOS EN COMPUESTOS III-V, CONCRETAMENTE EL GaN, PRESENTAN UNA SERIE DE DEFICIENCIAS EN SU RENDIMIENTO, ATRIBUIDAS A DIFERENTES FACTORES. EL ESTUDIO DE LA SUPERFICIE DE LOS MISMOS ES UNA PIEZA CLAVE PARA EL ENTENDIMIENTO DE ESTAS DEFICIENCIAS, Y ES A TRAVÉS DE ESTA TESIS DONDE SE INTENTA DAR CIERTA LUZ A ALGUNOS PROBLEMAS QUE APARECEN EN LA MISMA. EN ESTE TRABAJO ES ANALIZADA LA CARACTERIZACIÓN ELECTRICA, EN DC Y BAJA FRECUENCIA, DE DISPOSITIVOS DE ALTA MOVILIDAD DE ELECTRONES (HEMT) DE AlGaN/GaN, DISCUTIENDO LOS EFECTOS OBSERVADOS. SE IMPLEMENTA UN MODELO FISICO BIDIMENSIONAL DE DISPOSITIVOS MESFET DE GaN Y HEMT DE AlGaN/GaN, ANALIZANDO Y DISCUTIENDO LA PRESENCIA DE ESTADOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS EN LAS SUPERFICIES DE LOS DISPOSITIVOS, REALIZANDO UNA COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES OBTENIDOS A TRAVÉS DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIO

Autor: GONZALEZ DE CABAÑES ANTONI.
Año: 2006.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [www.upc.edu].
Centro de lectura: SALA DE JUNTES DEL RECTORAT DE LA UPC.
Centro de realización: ETSEIB, PAVELLÓ E Campus SUD.

Resumen: Las aleaciones NiTi presentan, a priori, excelentes propiedades de resistencia a la corrosión[96 Ron], sin embargo, al ser utilizados conjuntamente con otros metales y en un medio común, pueden dar lugar a importantes problemas de corrosión galvánica. Otro problema que presentan las aleaciones NiTi es la liberación de iones Ni al medio. Estos iones de Ni pueden dar lugar a reacciones alérgicas para el organismo, tipo citotoxicidad. Por otra parte se puede llegar a la destrucción de grupos de células debido a la migración de estos iones. La PA es un polímero con excelente resistencia química en medios agresivos, así como buen efecto barrera a la liberación de iones. Es por ello, que se va a realizar un estudio de las propiedades del polímero como recubrimiento y se va a estudiar la viabilidad de la PA11 como polímero utilizado para el recubrimiento de metales en aplicaciones biomédicas. En términos generales, a medida que aumentamos el número de carbonos en la unidad constitucional repetitiva de una molécula de PA estamos obteniendo un polímero con una temperatura de fusión más baja, y por tanto con una facilidad añadida para la transformación como recubrimiento. Además estamos dificultando la facilidad que por sí tienen las Poliamidas de absorber humedad al estar en contacto con medios húmedos y obtenemos un polímero más estable a su entorno. Para llevar a cabo esta tesis, vamos a realizar en una primera fase, un estudio de la resistencia a la corrosión de diferentes grados de materiales en su estado puro, fabricados por diferentes firmas comerciales y de diferente composición química. Los mismos ensayos serán realizados posteriormente con los materiales recubiertos de Poliamida 11. También se realizarán análisis de la solución HANKS utilizada en los ensayos potenciodinámicos para determinar el grado de iones Ni liberados al medio y por tanto el efecto barrera que realiza el polímero a la migración de iones. En una segunda fase, se realizará un estudio del desgaste que experimenta el recubrimiento de PA en cada una de las aleaciones recubiertas, mediante las técnicas de Pin-on disk. Este aspecto es muy importante en aplicaciones como la ortodoncia. Hay que tener en cuenta que los alambres de ortodoncia están en contacto permanente con elementos de sujeción o brackets, los cuales friccionan y desgastan continuamente al material. En muchas otras aplicaciones, como stents cardiovasculares o filtros, también es de gran importancia realizar este tipo de estudio, pues los materiales a utilizar podrían ser los mismos. El grado de dureza de la capa de PA que recubre la aleación será también estudiada y caracterizada teniendo en cuenta los espesores del recubrimiento. La superficie de un polímero, tiene a priori, por su módulo elástico, su dureza y su textura un tacto más confortable para el contacto con el cuerpo humano que una aleación metálica. Se van a realizar también, los ensayos necesarios, para determinar de que modo afecta el recubrimiento polimérico, a las propiedades de memoria de forma que tiene la aleación. Estos estudios se basan en ensayos tensión-deformación y ensayos termodinámicos. Así mismo se obtendrán los valores de temperaturas de transformación, super-elasticidad y elasticidad con memoria de forma. En una tercera fase estudiaremos la biocompatibilidad del recubrimiento de PA y se realizarán estudios de cultivos celulares sobre el sustrato de PA, además de estudios de citotoxicidad. Si tenemos en cuenta la problemática de la aleaciones NiTi comentadas y las propiedades de la PA, se abre un amplio campo de estudio, al recubrir las aleaciones NiTi con una PA, base de esta tesis.