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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

Ely Dannier V. Niño Editor y Coordinador de Diagramación

German Quiñonez Diseño Carátula

German Quiñonez

Diseño Web

Fredy Humberto Vera Programación Web

Información Dirección Postal de la Memoria Ely Dannier V. Niño

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.

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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

Departamento de Física

Universidad Nacional de Colombia - Bogota

Juan José Pavón Palacio

Programa Bioingeniería

Universidad de Antioquia – Medellín

Henry Riascos Landázuri Departamento de Física

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

Universidad Industrial de Santander - Bucaramanga 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

Departamento Ciencias Básicas


Hermes Barrera Ávila

Director Departamento Ciencias Básicas Universidad Pontificia Bolivariana - Bucaramanga

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 Universidad de Cranfield – Cranfield

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

Universidad de Cranfield – Cranfield

Reino Unido Sonia Ruth Rincon Urbina

Universidad de Cranfield – Cranfield y Fuerza Aerea Colombiana - Bogota

Reino Unido y Colombia


Conferencistas Invitados Internacionales

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

Universidad de Cranfield – Cranfield, Reino Unido 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 Sr2YSbO6–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 LaFeO3 .................................. 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 LaBa2Cu3O7 ...................................................................................... 75

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 ................................................................................................................................................. 76

Síntesis y caracterización del sistema La0,8Sr0,2MnO3 .................................................................................. 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 Sr2GdSbO6 ........................ 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 Sr2HoNbO6 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 TR3Ba8Cu11Oy (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 La2/3Ca1/3Mn1-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 TiO2 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 bi-

sustituidos 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 LiMO2, (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 YN-

ZrN ........................................................................................................................................................... 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 Ba2YbSbO6 ....................... 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 Nd2SrMn2TiO9 ........................... 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 LaYbO3 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 La0,95Sr0,05CrO3 ........................................................................ 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 BiFeO3 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 La2/3Sr1/3MnO3/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 WS2-

Ti 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 Brennan

1

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 Williams

1 and P Colegrove

1

1 Cranfield University, Bedfordshire, UK

E-mail: [email protected] 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 Bastian

1 and J E Perez-Ipiña

2

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-Luengo

1

1 Cranfield Energy, Cranfield University, Bedfordshire, UK

E-mail: [email protected] 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 de aceros

nanoestructurados para aplicaciones estructurales

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 Fernandez

2

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]

2

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 Medik

2 and N S Gavrushenko

3

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

E-mail: [email protected] 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 Rossi

1, R Galvão

1 and A Mello

1

1 Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Rio de Janeiro, Brazil


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 Gil

1

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 Kelly

1, Z Xing

1, P Mitsev

2 and J R Nicholls

1

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-Pola

1 and M Martín-González

1

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 enfoque para

Bioelectroquímica y la electrónica molecular

Capacitance spectroscopy: a new approach for

bioelectrochemistry and molecular electronics

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

E-mail: [email protected] 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) 5201-

5208.




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-Franco

1, I Valencia

1,2, C A Garcia

1,2, S Singh

1, O

Pavlov1, S Botti

3, M Marques

4, M Amsler

5 and S Goedecker

5

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 Orozco

2 and V D Dugar-Zhabon

2

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 L-leucine, 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

E-mail: [email protected] 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 G-protein 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

E-mail: [email protected] 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 Collaboration

2

1 Materials Science Division, Argonne National Laboratory, Argonne, USA 2 SPT - 3G

E-mail: [email protected] 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-Garcia

2, P Escobar-Rivero

2, D Y Peña-Ballesteros

1

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 Ti6Al4V 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 Ti6Al4V 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 Nieves

1, C A Hernández-Barrios

1, A Coy

1 and F Viejo

2

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

E-mail: [email protected] 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 G

1 and S Robledo

2

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 Rondón

1, L Rueda

2, C A Hernández-Barrios

2, A Coy

2 and F Viejo

1

1 Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,

Colombia 2 Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

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-Atwani

2, S Arias

3, L M Reece

4 and J P Allain

3

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


2, S Arias

3, Y Torres

4, J A Rodríguez

4 and J P Allain

3

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 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)


2, S Arias

3 and J P Allain

3

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


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 neuro-

endovascular 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-Téllez

1 and J Roa-Rojas

1

1Grupo 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 YBa2Cu3O7−. 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 Sr2YSbO6 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 YBa2Cu3O7−. 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 Salcedo

2

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-Herrera

1 and A P Herrera

2

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.

mailto:sandra.correa@upb,edu.co



Caracterización Mecánica de un Phantom de Mama

Mechanic Caracterization a Breast Phantom

K L Cristiano1, J C Gutierrez

1, D A Miranda

1, S A Jaimes

1 and D A Triana

1

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Santos

1

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-Ruiz

1 and E A Murillo-Ruiz

1

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-Amariz

1,2

1 Universidad de Santander, Bucaramanga, Colombia 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Cuaspud

1

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 cuasi-

degenerado en cristales fotorrefractivos

Energy transfer in two-wave mixing quasi-degenerated in

photorefractive crystals

B M Barrera1, N A Arias-Hernández

1 and M L Molina-Prado

1

1 Grupo de Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona,

Pamplona, Colombia

E-mail: [email protected] Resumen. Se obtiene la solución analítica para el acoplamiento de dos haces en el caso cuasi-

degenerado 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 quasi-

degenerate 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-Ortega

1 and P T C Freire

2

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 LaBa2Cu3O7

Synthesis and characterization of LaBa2Cu3O7 system

A M Morales-Rivera1, J A Gómez-Cuaspud

1 and C A Parra-Várgas

1


E-mail: [email protected] 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 nano-

estructurados 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 combustion-

polymerization 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-Pinzón

1, J A Gómez-Cuaspud

1 and E Vera-López

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), ultraviolet-

visible 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 La0,8Sr0,2MnO3

Synthesis and characterization of La0,8Sr0,2MnO3 system

A F Cruz-Pacheco1, J A Gómez-Cuaspud

1 and E Vera-López

1


E-mail: [email protected] Resumen. Este trabajo reporta la síntesis y caracterización de un óxido tipo La0,8Sr0,2MnO3, 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 La0.8Sr0.2MnO3, 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-Maldonado

1 and J Dulce-Moreno

1

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 Meck-

Peroxide (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 Mesa

1 and D F Devia-Narvaez

1

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 effect on

superconductor – insulator composites

N Montana1, C A Parra-Vargas

1 and D A Landinez-Tellez

2

1 Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Grupo de Física de Materiales, Universidad

Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia 2 Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de

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 metal-

aislante. 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-Vargas

1, D A Landinez-Tellez

2 and D Martinez-Buitrago

3

1 Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Grupo de Física de Materiales, Universidad

Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia 2 Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de

Colombia, Bogotá D.C., Colombia 3 Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brazil

E-mail: [email protected] 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 X-

rays 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 GdMn1-

xFexO3 perovskite material

J A Cardona-Vasquez1,2

, D A Landínez-Téllez1, C A Collazos

2 and J Roa-Rojas

1

1 Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de

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 Santos

1

1 Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Pontificia Bolivariana Seccional

Bucaramanga, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Londono

1 and D Garcia

2

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 Sr2HoNbO6 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-Vargas

2, G I Supelano

2, D A Landínez-Téllez

1 and J

Roa-Rojas1

1 Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de

Colombia, Bogotá DC, Colombia 2 Grupo Física de Materiales, Escuela de Física, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Sr2HoNbO6 en los compósitos (alrededor de 90 K). Estas características favorables del Sr2HoNbO6 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 decomposition,

structural, electrical and magnetic properties

M A Gabal1, Y M Al-Angari

1 and F A Al-Agel

1

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 Cr3+. 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 Cr3+

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 Cr3+ 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 Cr3+ 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 Supelano

2, J Roa-Rojas

3 and C A Parra-Vargas

3

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 Cabanzo

1 and E Mejía-Ospino

1

1 Laboratorio de Espectroscopía Atómica y Molecular (LEAM), Universidad Industrial de

Santander, Bucaramanga, Colombia


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 Gil

1, B Cruz

1, A Ramírez

1 and M Medina

1

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 BiFeO3 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-Gómez


1

1 Grupo de Física de Materiales, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad

Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Boyacá, Colombia 2 Grupo GIFAM, Facultad de Ciencias, Universidad Antonio Nariño, Tunja, Boyacá

Colombia

E-mail: [email protected] 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 Rodríguez

1, Rafael Cabanzo


1

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 Suarez

1 and Dionisio Laverde

1

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia


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 Riaño

1 and D Laverde

1

1 Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Rodríguez

1, S D Díaz

1 and D Laverde

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 of vacuum residues in hydroconversion

conditions

A Y León1, J O Espinosa

1, D L Mendoza

1 and D Laverde

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 Durango

2 and O Arnache

3

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-Ospino

1 and R Cabanzo

1

1 Laboratorio de Espectroscopía Atómica y Molecular, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] , [email protected] , [email protected] 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 UV-

Vis, 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 Eiras

2 and D Garcia

2

1 Grupo de Estado Sólido, Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellin, Colombia 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-Cifuentes

1 and L Tirado-Mejía

1

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-Viera

2 and M Mendes-de-Souza

3,

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 García

1, S Valbuena

1 and F Racedo

1

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 Soares

2 and L M Gonzaga

1

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 tectono-

stratigraphical 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 Ortiz

1, J Trochez

1 and A Albis

2

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 Cs3(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 measurements of

electrolyte solutions in a four electrode cell

C Chaparro1, L Herrera

1, A Meléndez

1 and D A Miranda

1

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 Gonzales

1, J Restrepo

2, C Parra

1 and C Ortiz

1

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 Gonzales

1 and J Restrepo

2

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 15m y 23m. 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-García

1, W López-Pérez

1 and R González-Hernández

1

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 Al1-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-Pedraza

1 and L Páez

1

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 Y1-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-Delgado

1 and E Marín

2

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 Bedoya

1 and F Gordillo-Delgado

1

1 Universidad del Quindío, Grupo de investigación (GICADE), Armenia, Quindío, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Ortiz

1 and A A Baquero

1

1 Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales, Universidad Industrial de

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-Pastrana

1

1 Departamento de Física. Universidad Nacional de Colombia. Bogota

E-mail: [email protected] 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-Chila

1

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 Vera

2

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 Roa

2, J Lopez

2 and T Chicino

2

1 Universidad Antonio Nariño, Tunja, Colombia 2 Ingeniería Mecánica, Universidad Antonio Nariño, Tunja, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Rodríguez

2 and S Blanco

3

1 Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales. Universidad Industrial de

Santander, Bucaramanga, Colombia 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-Torres

1, H Arguello-Fuentes

2 and F Martinez-

Ortega3

1 Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, 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

E-mail: [email protected] 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: Sr0.94M0.03Zr0.1Ti0.9O3, 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/ZrOxNy thin films

subjected to corrosion in NaCl solution

G I Cubillos1, E Romero

1 and N Parra

1

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 X-

ray 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 Neira

1 and C García

1

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, 4-

Amino-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 García

1 and L Hincapié

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, 3-

Fenil-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-Amino-

3-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 García

1 and L Hincapié

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, 3-

Fenil-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. Mono-

substitution, 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 bi-

sustituidos 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 Neira

1 and C García

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, 4-

Amino-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 Caamaño

1 and A Rosales

2

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 Montaño

1,2, S E Estrada

1 and C A Ortiz

3

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 Calderón

1, E Mejía-Ospino

1, R Cabanzo

1 and Juan C Poveda

1

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 μ-

breakdown spectroscopy (μ-LIBS) was applied for analysing HP-40 steel samples. MicroLIBS (μ-

LIBS) 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 Arnache

1

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−𝑥𝐶𝑜𝑥𝑂3( 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−𝑥𝐶𝑜𝑥𝑂3 ( 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 from𝜎′ vs

log(ω) andln(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 Investigation of

Vapreotide adsorbed on gold colloids

J Gómez1, R Cabanzo

1 and E Mejia

1

1 Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular, Universidad Industrial de Santander,

Bucaramanga, Colombia


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-Cys-

Trp-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 Simão

1

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-Ospino

1, R Cabanzo

1 and A Guzmán

2

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 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 Caamaño

1, M D Baró

2 and S Suriñach

2

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-Patiño

2, R R Rey-González

2 and A Dussan

1.

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

E-mail: [email protected] 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 Cabanzo


1

1 Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular (LEAM), Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Fourier-

Reflectancia 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, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] , [email protected] 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-Blanco

1 and J. BOrtega

1

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia


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 Correa

1 and J J Jaramillo

1

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-Zhabon

2, H J Dulce-Moreno

1 and E D V-Niño

2

1 Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia


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-Zhabon

1

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 Joya

1 and P de T Freire

2

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 𝑑approximates 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 Sardella

2 and J Barba-Ortega

1

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 2 Departamento de Física, Universidade Estadual Paulista, Bauru, Brazil

E-mail: [email protected] 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 Restrepo

2, P S Ramirez

2, D Sabogal

2 and J D Alzate

2

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-Arroyo

1

1 Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Defendine

2, J J Olaya-Florez

3 and C Palomino-Naranjo

1

1 Vicerrectoría de Investigación, Universidad ECCI, Bogotá D.C., Colombia 2 Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela 3 Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia


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 first-order 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-Mariaca

1

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-Ortega

2

1 Facultad de ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia 2 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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 Franco

1 and M S Figueira

2

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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 Franco

1 and J Silva-Valencia

1

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 Franco


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 𝑒𝑖𝜃. 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 Bose-

Hubbard 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 𝑒𝑖𝜃. 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 Franco


2

1 Universidad Santo Tomas, Colombia 2 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia


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 Joya


3

1 Facultad de ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, 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 Franco


1

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia

E-mail: [email protected] 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)4XnH2O], 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)4XnH2O], 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-Ladino

1 and O Chamarraví-Guerra

1

1 Grupo de Investigación (GIDAD) Mecánica, Fundación Universitaria los Libertadores, Colombia

E-mail: [email protected] , [email protected] 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-Ladino

1 and O Chamarraví

1

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 in

(VN)1/(AlN)1, (VN)1/(GaN)1 and (VN)1/(InN)1 superlattices

M J Espitia-Rico1, J H Díaz-Forero

1 and C Ortega-López

2

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-Téllez

2 and J Roa-Rojas

2

1 Grupo de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad de la Guajira, Riohacha,

Colombia 2 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia


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-Ladino

1 and I Cruz-Bernal

1

1 Grupo de Investigación (GIDAD)-Mecánica, Fundación Universitaria los libertadores,

Colombia

E-mail: [email protected] , [email protected] 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 lattice-

boltzmann

Lattice-boltzmann solution of the poisson-nerst-planck equation

F Fonseca1



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 Gouy-

Chapmann 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 Orozco

1 and V D Dugar-Zhabon

1

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia


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 TE11 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 TE11 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 González

1, C Ortega

1 and F Sequeda

1

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 carga-

desplazamiento (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 Franco

1, J Silva-Valencia

1, T Lobo

2, M S Figueira

2 and M E

Foglio3

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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-Ramírez

1, L Tirado-Mejía

1 and H Ariza-Calderón

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 Ortega

1 and L Sánchez

1

1 Departamento de Física, Grupo Avanzado de Materiales y Sistemas Complejos (Gamasco),

Universidad de Córdoba, Colombia

E-mail: [email protected] 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 spin-

5/2 Ising ferrimagnet: a Monte Carlo study

N De-La-Espriella1, C Mercado

1 and L Sánchez

1

1 aDepartamento de Física, Grupo Avanzado de Materiales y Sistemas Complejos (Gamasco),

Universidad de Córdoba, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Franco


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 Correa

1 and H Riascos

1

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 2D-

PIC 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-Forero

1 and E F Cudris

1

1 Grupo GEFEM, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C., Colombia


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 Correa

1

1 Universidad del Quindío, Armenia, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Romero

2

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 átomo-átomo 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-González

1 and K M Fonseca-Romero

1

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 González

1, P E Vera

1 and M A Álvarez

2

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: X-

ray 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-Zhabon

2

1 Heidelberg University, Heidelberg, Germany 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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 of space autoresonance

acceleration of electron beams

V D Dugar-Zhabon1, J D González

2 and E A Orozco

1

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 2 Facultad de Ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia

E-mail: [email protected] 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 auto-

consistente 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 González


2

1 Facultad de Ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia 2 Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga, Colombia 3 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia


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 Beltrán


2

1 Facultad de Ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia 2 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia


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 Sánchez

1 and J D González

1

1 Facultad de Ingeniería, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia


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-Ríos

1 and J C Arce

2

1 Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 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-Ríos

1 and W Gutiérrez

1

1 Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia


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 density in diluted magnetic

semiconductor nanostructures

S T Pérez-Merchancano1, H Paredes-Gutiérrez

2 and J A Zuñiga

1

1 Departamento de Física, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia 2 Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Prado

1 and N A Arias-Hernández

1

1 Grupo de Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona,

Pamplona, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Giraldo

1, A L Ramírez-Hurtado

1, L LLamosa

2 and B Cruz

1

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

E-mail: [email protected] 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 Arrieta

2 and S D Bertel

1

1 Departamento de Ciencias Básicas, Fundación Universitaria los Libertadores, Colombia 2 Departamento de Biología y Química, Universidad de Sucre, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Segura

3

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 Rodriguez

2 and M G Moreno-Armenta

3

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 LiMO2, (M =

Co, Mn) system, as potential materials for cathodic components in

ion-lithium batteries

A Y Neira-Guio1 and J A Gómez-Cuaspud

1

1 Grupo Desarrollo y Aplicaciones de Nuevos Materiales (DANUM), Facultad de Ciencias,

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia


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-Hernández

1 and Á González-

García1

1 Grupo de Investigación en Física Aplicada, Departamento de Física, Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia 2 Departamento de Ciencias Básicas, Universidad de la Costa, Barranquilla, Colombia

E-mail: [email protected] Resumen. En el presente trabajo se determinan las propiedades estructurales, electrónicas, ópticas y

termodinámicas de las soluciones sólidas ZrxY1-xN.Estos cálculos se basan en la teoría funcional de la

densidad, utilizando el método de ondas planas aumentadas y linealizadas con potencial completo (FP-

LAPW) 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 ZrxY1-xN son metálicos para x

= 0.25, 0.5, 0.75. Para estudiar la estabilidad termodinámica de las soluciones sólidas ZrxY1-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 ZrxY1-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 ZrxY1-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 ZrxY1-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 LiNixMn2-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-Cuaspud

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-Ruiz

2 and A M Raba

2

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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-Sáenz

1 and J Cuentas-Peralta

1

1Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia


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-Cuaspud

1




Resumen. Este trabajo reporta la síntesis y caracterización de seis óxidos basados en el sistema Ce1-

xPrXO2 (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 X-

ray 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 Vera

2, D Landínez-Téllez

3, C Parra

2 and J Roa-Rojas

3

1 Licenciatura en Educación Industrial, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Duitama,

Colombia 2 Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia 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-Martínez

2 and M G Moreno-Armenta

3

1 Grupo GEFEM, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C., Colombia 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 Sierra

1, M T Acevedo

1 and A Herrera

1

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 Hincapié

2, G Campillo

2, E Vélez

2, J Osorio

3, O Arnache

3, J I Uribe

3 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

E-mail: [email protected] 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 superficie-

área 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 Hincapié

2, G Campillo

2, E Vélez

2, J Osorio

3, O Arnache

3, J I Uribe

3 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 Ba2YbSbO6

perovskite-like material

L A Carrero-Bermúdez1, R Moreno-Mendoza

1, R Cardona


1 and

J Roa-Rojas1

1 Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia


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 Ba2YbSbO6 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 López

2 and E A Murillo

3

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, Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia


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 Ba2GdSbO6

Theoretical and experimental study ofthe electronic, structural

and magnetic properties of the Ba2GdSbO6 complex perovskite

R Moreno-Mendoza1, L A Carrero-Bermúdez

1, R Cardona


1 and

JRoa-Rojas1

1Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de 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 7.0B. 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 7.0B. 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 9.87B, 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-Acuña

2, C A Parra-Vargas


1 and

J Roa-Rojas1

1 Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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 hexaferrita Sr3Co2Fe24O41

sintetizada por el método de pechini

Structure and morphology of Sr3Co2Fe24O41 hexaferrite

synthetized by pechini’s method

J Sandino1, W Salazar

1 and E Barrera

2

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 Sr3Co2Z

(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 Sr3Co2Z (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 Sr3Co2Z.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 CuAl1-

xCrxS2

Structural and magnetic properties of the CuAl1-xCrxS2 alloys

C Ortega-López1, L C Sánchez

1 and M J Espitia

2

1 Grupo de Estudio de Materiales y Sistemas Complejos (GAMASCO), Departamento de Física, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia 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 CuAl1-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 de las intercapas

GaN/MnN/GaN - MnN/GaN/MnN

Electronic and magnetic properties of the GaN/MnN/GaN -

MnN/GaN/MnN interlayers

C Ortega1, F Peniche

2 and L C Sánchez

1

1 Universidad de Córdoba, Montería, Colombia 2 Grupo GEFEM, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá D.C., Colombia


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 ErB2,

Er0.5Lu0.5B2 y LuB2 usando el funcional hibrido PBE0

Structural and electronic properties of ErB2, Er0.5Lu0.5B2 and

LuB2 compounds by using the PBE0 hybrid functional

C Ortega-López1, M I Velásquez

1 and J Beltrán

1

1 Grupo Avanzado de Materiales y Sistema Complejos (GAMASCO), Departamento de

Física, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia


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 Ortega

1 and N De-La-Espriella

1

1 Grupo Avanzado de Materiales y Sistema Complejos (GAMASCO), Departamento de Física, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Ortega

1 and M Espitia

2

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-Ospino

2 and R Cabanzo

3

1 Escuela de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander,

Bucaramanga, Colombia 2 Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,

Colombia

E-mail: [email protected] 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-Ospino

1 and R Cabanzo

1

1 Laboratorio de Espectroscopia Atómico y Molecular, Universidad Industrial de Santander,

Bucaramanga, Colombia


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 C-

dots) 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 UV-

Vis 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-Vega

1 and F A Trujillo-Pinto

1

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-Bello

1,2, C A Parra-Vargas


1 and J

Roa-Rojas1

1Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física, Universidad Nacional de

Colombia, Bogotá D.C., Colombia 2Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Católica de Colombia, Bogotá D.C.,

Colombia 3Grupo 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 Londoño

1 and D Garcia

2

1 Grupo de Estado Sólido, Instituto de Física, Universidad de Antioquia, Medellin, Colombia 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 Murillo

2 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,

Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia


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 (Tm). 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 (HBP45-

10), 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 La0,95Sr0,05CrO3

Synthesis and characterization of a La0.95Sr0.05CrO3 perovskite

O C Vergara-Estupiñan1, J A Gómez-Cuaspud and E Vera-López

2

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-Ordoñez

1 and M Acevedo-Morantes

1

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-Romero

1 and R R Rey-González

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 of interaction between water

molecule and graphene

A M Rojas-Cuervo1 and R R Rey-González

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-Ortega

2 and M R Joya

2

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

E-mail: [email protected] 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 NO3. 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 Sarmiento

1 and E Vera

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 Ti6Al4V ELI nitrurado

por descarga intensa de plasma

Evaluation of the strength and friction of nitrided Ti6Al4V ELI by

intense discharge plasma

J Rojas1, H Estupiñán

2 and D Y Peña

1

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 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 Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 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-Olarte

1

1 Escuela de Física, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 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 Restrepo

1, A F Echeverry

1 and P Arango

1

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-Triana

1 and A Sarmiento-Santos

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 Pineda

1, A Sarmiento

1 and O Pardo

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. Pinto

1, E Mejía-Ospino

1 and R Cabanzo

1

1 Laboratorio de Espectroscopia Atómica y Molecular (LEAM), Universidad Industrial de



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 Pacheco

1, J Álvarez

1, F Bredice

3 and R Sarmiento

1

1 Grupo de Espectroscopia Óptica de Emisión y Láser (GEOEL), Universidad del Atlántico,

Barranquilla, Colombia 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-Santos


2

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 Stockel

1 and V Svoboda

1

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-Esparza

1, D Barreneche

1 and A D Martínez

1,2

1 Grupo de Nuevas Tecnologías, Ingeniería Industrial, Universidad de Santander, Bucaramanga, Colombia 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia


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-Lopez

1

1 Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga, Colombia


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 Mass

2, M Manotas

2 and R Cabanzo

3

1 Universidad de la Costa, Colombia 2 Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia 3 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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:HNO3: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:HNO3: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 Carrillo

1 and L C Rátiva

1

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 Baron

1, A Jurado

1 and F Sequeda

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 Vargas

1

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 Vega

2, Y Pineda

3 and E Vera

4



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-López

1 and Y Pineda-Triana

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 well-

corr

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

E-mail: [email protected] 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 Echavarría

1

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 Fernández

1, J F Plata

1, N Gómez

1 and M Manrique

1

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 oxygen-acetylene 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 Vargas

2 and J Vélez

3

1 Universidad Católica de Pereira, Colombia 2 IONHEAT S.A.S, Colombia 3 Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia


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-Ramírez

1, J D López-Ortiz

1, L Tirado-Mejía

1 and

H Ariza-Calderón1



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-Moreno

2 and W Aperador

3

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 Joya


2

1 Universidad Nacional Autónoma de México, México 2 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia

E-mail: [email protected] 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-Velasco

2, V D Dugar-Zhabon

2 and E D V-Niño

2

1 Universidade Federal de Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia


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-Gomez

1, D F Carreno-Duarte

1, O F Santos-Rodriuez

1 and M J

Andrade-Romero2

1 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia 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 H2S

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-Pérez

1, R González-Hernández

1

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-Zhabon

2, F F Parada-Becerra

2, A Plata

2 and E D V-Niño

2

1 Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Santander, Colombia


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 Alfonso

1, J J Olaya

1, G I Cubillos

1 and K L Velásquez

1

1 Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia

E-mail: [email protected] , [email protected] , [email protected]

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 N2 / 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-Armenta

3 and J A Rodríguez

1

1 Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 2 Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia 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 C3v 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 Ospina

2 and A Mello

2

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 Onmori

2, I Y Abe

2 and A T Lopes

2

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-tin-

oxynitride (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 Hurtado

2, P Bartolo-Pérez

3 and G Gordillo

1

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia 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 (>104 cm-1). En este trabajo reportamos sobre las condiciones para crecer películas delgadas en la fase Cu2ZnSnS4 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 Cu2ZnSnS4 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-Espino

2, O Portillo-Moreno

3, M A Guzmán-Altamirano

1, J

G Cabal-Velarde1, K Martínez-Juárez

4, C F Bravo-Barrera

4 and S Jiménez-Sandoval

5

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 Torres-

Moreno1

1 Grupo de Óptica y Tratamiento de Señales, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia 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-Hernandez

1, J Quispe-Marcatoma

2 and E Baggio-Saitovitch

1

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

room temperature by magnetron sputtering onto Si(111), in a system with a base pressure of 8

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 type-

II 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 Nascimento

2, E C Passamani

2, F Pelegrini

3 and E Baggio-Saitovitch

1

1 Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Rio de Janeiro, Brazil 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 González


1

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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 Medina

1, A Rosales- Rivera

3 and A Pulzara-Mora

1

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: gas-

phase supersaturation effect

D N Montenegro1, V Muñoz-Sanjosé

2 and J Jimenez

3

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

E-mail: [email protected] 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 Laserna

2

1 Grupo de Espectroscopía Óptica de Emisión y Láser; Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia 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 solid-

state nanopores

M Vega1, C Lasorsa

1,2, P Pineda

1, B Lerner

1,3, M J Dieguez

4 and M Perez

1,3

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 BixSiyOz

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 Aperador

3

1 Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia 2 Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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 Aperador

2 and J L Caballero

2

1 Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia 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 multicapas

[HfN/VN]n, depositados sobre acero AISI 4140

Study Tribocorrosivo of the multilayers coatings [HfN/VN]n

deposited on AISI 4140 Steel

M Mora1, E Vera

2 and W Aperador

3

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 Bejarno

1 and J Osorio

2

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 silver-

targets. 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 Correa

2 and A Herrera

1

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 un nanocompuesto

multifuncional magnético/fotocatalítico

Photodegradation of phenol using a multifunctional

magnetic/photocatalytic nanocomposite

A M Reyes-Ramos1, J Colina-Márquez

1 and Herrera Adriana

1

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 Guzmán

1, J Espinosa

1 and J Estrada

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 Gutiérrez

1

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 Ramos

1, R Franco

1, J Silva-Valencia

1 and M S Figueira

2

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia 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 Wiedemman-

Franz.

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 Mambuscay

1, J Triviño

1, P lopez

1, B Navarrete

1 and F Sequeda

1

1 Grupo de Investigación Recubrimientos Duros y Aplicaciones Industriales (RDAI), Universidad del Valle, Cali, Colombia


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 Becerra

1

1 Universidad del Valle, Cali, Colombia 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 and YBCO-BYTO

Deposited on CZO/YSZ Substrates

P Garcés1, M Coll

2, H Castro

1, T Puig

2 and X Obradors

2

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 Ba2YTaO6 (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) YBa2Cu3O7-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 Riascos

1 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 Sousa

1, I L Castro

1 and E B Saitovich

1

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-Pinzón

2 and S J García-Vergara

1

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 Márquez

1, S A López-Rivera

2, J Márquez

1, Y Martínez

1 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 GaCl3 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-Monsalve

1, J A Osorio

2, B Cruz

1 and J Muñoz-

Saldaña3

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 BiFeO3 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 Caamaño

1, M D Baró

2 and S Suriñach

2

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-Monroy

1

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 Plata

1, Z Y Lizarazo

1 and C A Chacón

1

1 Grupo de Óptica y Tratamiento de Señales, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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 Suaza

1, M R-Fulla

1 and J H Marín

1

1 Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia


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 D2+ 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 sputtered-

ion-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-PDA-

Al2O3 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 reactive-ionsputtered (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 Schottky-

Emission (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 (JG) 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 Gomez

1,2 and W Lopera

1

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 La1−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 La1−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-Ospino

1 and R Cabanzo

1

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 Lepage

1, J Beauvais

1 and J J Dubowski

1

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 SiO2 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 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-Zhabon

2

1 Heidelberg University, Heidelberg, Germany 2 Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

E-mail: [email protected] 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-Grijalba

1, E Vera-López

1 and Y Pineda-Triana

1

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-Gaitán

1 and F J Bolivar

1

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 Marulanda

1


Bucaramanga, Colombia 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 hardening-

tempering 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-Parra

1, D A Laverde-Cataño

1, S

J García-Vergara1 and C E Blanco-Pinzón

2

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 Gomez

1, C Ortega

1, J M González

1 and F sequeda

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 Estupiñán

1, J Manuel-Vélez

1, A Mello- da-Silva

2, S Vargas

3

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 Pineda

1

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 López

1 and H Correa

1

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 Salas

2, J Blanco

3 and F Medina

3

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 Torres

1, A Palacios

1 and D Mesa

1

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 Matsushita

1 and A D Martinez

1

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.

tercer encuentro internacional de investigadores en ...ciencias.uis.edu.co/3imrmpt/book abstracts...

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