Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales
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- Análisis estructural y tribológico de recubrimientos de fosfato de manganeso modificados con nanopartículas de ZrO₂ y WC(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-07-19) Barrios Hernández, OscarEn el presente trabajo se reporta el desarrollo de recubrimientos de fosfato de manganeso y fosfato de manganeso modificado con carburo de tungsteno en láminas de acero 1020, al igual que el estudio de sus propiedades estructurales y mecánicas que presentan bajo diferentes condiciones del baño de fosfato. Los recubrimientos se hicieron en tres etapas, la primera etapa fue la preparación del baño en la cual se variaron los valores de pH usando un pH acido (pH de 2 y 4), la concentración de manganeso (3 y 5 g/L) y la temperatura del baño (80 y 90°C). Posteriormente se pasó a la segunda etapa en la cual se realizó la preparación de los sustratos y el fosfatizado, en esta etapa se cortaron las láminas, se les retiraron las rebabas y se limpiaron mecánicamente, una vez realizado esto se introdujeron en el baño de fosfato y se dejaron sumergidas durante 35 min para realizar el recubrimiento mediante el método de conversión química. La última etapa fue la caracterización en la cual con ayuda de un durómetro Knoop/Vickers-Tukon 1102/1202 se realizó el ensayo de dureza en escala Rockwell C, con ayuda del difractómetro SIEMENS D-500 se observaron señales que sobresalen las cuales ayudaron a verificar si se trataba de un recubrimiento de fosfato de manganeso, mientras que la Microscopia Electronica de Barrido (MEB) se usó para el estudio de la superficie del recubrimiento. En colaboración con la Dra. Dulce Viridiana Melo Máximo del Tecnológico de Monterrey campus Estado de México se realizaron las caracterizaciones de los recubrimientos tales como: pruebas de rugosidad con un rugosímetro Mitutoyo SJ-410, pruebas tribológicas con un tribómetro TRIBOMETER, se obtuvieron fotos del desgaste en la esfera con un microscopio Olympus, así como fotos del desgaste en la muestra con un Microscopio estereoscópico Leica WILD M3Z y una cámara MOTICAMPros5 Lite.
- Electrodepósito de aleaciones hierro-níquel y níquel-cobalto obtenidas en un disolvente eutéctico profundo bajo la influencia de campo magnético(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023) Sánchez Vite, José EnriqueEn el presente estudio de investigación, se llevó a cabo la deposición electroquímica de elementos metálicos como hierro (Fe), níquel (Ni), cobalto (Co), y las aleaciones hierro-níquel (Fe-Ni), y níquel-cobalto, (Ni-Co) sobre un sustrato de carbono vítreo. Para lograr esto, se empleó una solución electrolítica basada en una mezcla eutéctica (DES) compuesta por cloruro de colina (ChCl) y urea (U), en una proporción molar de 1:2. La electrodeposición de los metales y las aleaciones se llevó a cabo bajo la influencia de un campo magnético externo constante de 1.48x10-4 T, generado por una bobina eléctrica conectada a una fuente de alimentación de 3.15 A y una temperatura de 70 °C. La reducción electroquímica de metales y aleaciones se realizó a una concentración de 50 mM para cada una de las especies electroactivas; en el caso de los medios electrolíticos que contenían ambos metales, se utilizó la misma concentración de 50 mM para cada uno de los metales involucrados. Se utilizaron técnicas electroquímicas, específicamente vcíclica y cronoamperometría, en cada sistema estudiado. La voltamperometría cíclica se empleó para determinar el rango de potencial en el cual ocurre la reducción de los iones de Fe(II), Ni(II) o Co(II), así como de otros componentes si estaban presentes, hasta alcanzar un potencial lo suficientemente negativo para lograr la deposición de los cationes metálicos sobre el sustrato de carbono vítreo. Los potenciales utilizados en los transitorios potenciostáticos de densidad de corriente se seleccionaron con base en la información obtenida de las voltamperometrías cíclicas, identificando los puntos donde se observó la reducción de los iones metálicos (Ni (II), Co (II) y Fe (II)). Se analizaron los transitorios potenciostáticos de densidad de corriente obtenidos con base en el intervalo de potencial donde se produce la electroreducción del Ni, Co y Fe, así como , y las aleaciones Fe-Ni, y Ni-Co, esto con la finalidad de conocer los mecanismos de nucleación y crecimiento en el electrodo de carbono vítreo empleado. También, se analizó la influencia del campo magnético constante en la nucleación y crecimiento de los metales, y las aleaciones de estudio antes mencionadas. El análisis muestra que esta perturbación externa aumenta la tasa de deposición de los metales lo que podría conducir a la formación de depósitos de grano más fino; así mismo se presenta una mejora significativa en el transporte masivo de las especies electroactivas hacia la superficie del electrodo.
- Adsorción de fluoruro en HKUST-1 funcionalizada con aminoácidos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Uribe Vega, ErikLa importancia de los materiales por el papel que desempeñan en la vida diaria y el efecto en el futuro de la tecnología son determinantes. Una clase de materiales destacados en los últimos años, son las redes metal-orgánicas (MOF), estos están constituidos por clústeres de óxido metálico conectados por ligantes orgánicos. Las MOF son una clase de compuestos híbridos inorgánicos-orgánicos. Los ligantes orgánicos son considerados como unidades secundarias de construcción, que actúan como "puntales" y los centros metálicos se consideran unidades secundarias que actúan como "uniones" en las estructuras de las MOF. Los tres componentes principales de las MOF son la topología de la estructura, los centros metálicos inorgánicos y los ligantes orgánicos. Mediante la selección adecuada de los reactivos se puede producir una alta estabilidad térmica y química, además de materiales con una elevada porosidad. Las estructuras que conforman las MOF permiten una mayor porosidad, en comparación a la de muchas zeolitas y otros materiales porosos. Las MOF han mostrado resultados prometedores en aplicaciones en diferentes áreas como: la adsorción molecular, la separación de gases, la catálisis el almacenamiento de energía, los sensores, la obtención de imágenes, la administración de fármacos, los nano-reactores entre otros. Para mejorar las funciones de las MOF y ampliar sus aplicaciones en diversos campos, se ha realizado la funcionalización de las MOF con otros materiales como polímeros, biomoléculas, nanopartículas, materiales de carbono y materiales 2D. Las MOF se han utilizado para la eliminación de diferentes contaminantes emergentes como el arsénico, el fluoruro y otros contaminantes del agua debido a sus propiedades. Entre las características más notables de estos materiales se encuentran: varias funcionalidades, alta área superficial interna, diversidad en rangos de porosidad desde la región microporosa hasta la mesoporosa, posibilidad de diseño y modificación post-síntesis La HKUST-1 fue reportada por primera vez por Chui et al. (1999), este compuesto se encuentra formado por ligandos orgánicos de ácido benceno-1,3,5-tricarboxílico (BTC) los cuales se encuentran coordinados iones de cobre en una red cúbica (Fm-3m). Ésta posee un sistema tridimensional de intersección de grandes poros de forma cuadrada. En la red de la HKUST-1, los iones de Cu (II) forman dímeros, en donde cada átomo de cobre se encuentra coordinado por cuatro oxígenos del ligante BTC y moléculas de agua. Es debido a todo esto que en este trabajo se realizó la funcionalización de la MOF HKUST-1, mediante L-cisteína, L-tirosina, L-histidina, L-serina y L-prolina en un 5 y 20% en peso. Para mejorar la estabilidad del material y evaluar su eficiencia en la adsorción de iones fluoruro en agua. Además, se realizó la caracterización fisicoquímica completa de los materiales obtenidos mediante DRX, FT-IR, SEM y TGA.
- Síntesis sol-gel de GdVO₄: Ybᶾ⁺, Xᶾ⁺ (X=Tm, Er, Ho) con propiedades de “up-conversion”(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Ramírez García, LeninEn el presente trabajo se sintetizaron polvos luminiscentes con propiedades de conversión hacia arriba o como comúnmente se le conoce por su anglicismo: “upconversion” por el método sol-gel, se llevaron a cabo caracterizaciones por difracción de rayos X, espectroscopia infrarroja, microscopia electrónica de barrido y espectroluminiscencia. Los polvos fueron sintetizados a diferentes temperaturas, desde 600°C hasta 1000°C, con aumentos de temperatura en intervalos de 100°C. Los resultados de difracción por rayos X (DRX) muestran que los polvos sintetizados alcanzaron la fase cristalina desde los 600°C, se observa un aumento de la cristalinidad de los polvos sintetizados debido al incremento de temperatura. La espectroscopia infrarroja (FTIR) muestra los enlaces inorgánicos característicos de los compuestos V-O y Gd-O. La microscopia electrónica de barrido (MEB) mostró que los polvos sintetizados contenían mayormente partículas semiesféricas, siendo congruente con el proceso de síntesis de los polvos. La espectroluminiscencia arrojó pruebas de que el iterbio trabaja como sensibilizador, ya que cede su energía para que el otro dopante aumente su emisión, esto puede observarse en los tres sistemas sintetizados.
- Nanocompósito de Óxido de Zinc y Óxido de Titanio con propiedades fotocatalíticas para la degradación de metamizol(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Pérez Carrasco, ChristianEl objetivo principal de este trabajo de tesis fue sintetizar un fotocatalizador a base de óxido de titanio (TiO₂) y óxido de zinc (ZnO) para ser evaluado fotocatalíticamente en la degradación del fármaco metamizol. Las síntesis de los tres fotocatalizadores (TiO₂@ZnO, TiO₂ y ZnO) fueron realizadas porel método de síntesis hidrotermal. Se llevaron a cabo los experimentos de fotocatálisis para la degradación de fármacos (metamizol) y el tratamiento de aguas, debido a que es un grave problema de contaminación ambiental que debe ser atacado para reducir su impacto en el medio ambiente. Se llevó a cabo la evaluación fotocatalítica del compósito sintetizado, el cual fue dispersado en una solución de 100 ml de agua contaminada con una concentración de 250 mg/L (250 ppm) de metamizol. Esta solución fue sometida a irradiación con luz ultravioleta (UV) y visible por 4 horas, tomando alícuotas en los intervalos de tiempo deseados durante la degradación del fármaco para estudiar la cinética de reacción. Además, durante los experimentos fotocatalíticos se modificaron algunas variables y se ajustó a diferentes pH la solución contaminada. La evaluación de las estructuras cristalinas se realizó por medio de la técnica de difracción de rayos X (DRX) para sólidos, con la cual se determinaron las fases cristalográficas presentes en cada muestra. También, fue utilizada la microscopía electrónica de barrido (MEB) para visualizar la morfología de los sistemas obtenidos y la distribución de tamaño de partícula. Se determinó la composición química de las muestras mediante la interpretación y asignación de modos vibracionales en relación con las bandas de absorción obtenidas por medio de la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Finalmente, se empleó la espectroscopía (UV-vis) para obtener e interpretar los espectros de absorción; y, por lo tanto, determinar cuál es el material que más luz absorbe. Así mismo, por medio de esta técnica se determinó el porcentaje de degradación del metamizol, relacionando las absorbancias del espectro con las concentraciones del fármaco por medio de una curva de calibración.
- Estudio de la dinámica molecular de p-NIPAM en medios electrolíticos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Jiménez Montiel, José AntonioEn esta tesis se emplean modelos de grano grueso con la finalidad de estudiar partículas de nanogel, en particular de poli-N-isopropilacrilamida (p-NIPAM). Se generaron dos sistemas para realizar los análisis la partícula de nanogel, el primero cuenta con 206 cadenas de p-NIPAM y una carga por cadena, eso nos da un sistema cargado a 206 e, además de un segundo sistema conformado por 36 cadenas de p-NIPAM y una carga por cadena, obteniendo así un sistema con carga de 36 e. Ambos sistemas fueron sometidos a temperaturas cercanas a la temperatura critica de solvatación, 310 K, dichas temperaturas fueron de 323 K, 308 K, y 293 K para el primer sistema, para el segundo sistema fueron de 343 K y 283 K. Además los sistemas fueron colocados en soluciones de cloruro de sodio a diferentes densidades, 100 mM para ambos sistemas y para el primer sistema una segunda concentración de 16 mM. Las observaciones arrojaron cambios en la transición bobina-glóbulo en función de la salinidad, la temperatura y la carga de la partícula. Se encontró un desplazamiento en todos los valores de radio de giro para baja concentración de sal, es decir, la cadena se encuentra más estirada a baja concentración salina que a alta concentración, eso nos indica que al contar con más contraiones los efectos de las interacciones coulombianas pierden protagonismo. Dichas diferencias rondan el 13.5 % para la primer partícula, 206 cadenas, y de 7 % para la segunda partícula, 36 cadenas, eso nos indica que al contar con una cadena con menor cantidad de carga la neutralización de las fuerzas de Coulomb se da con concentraciones bajas, por ello la diferencia porcentual en la segunda partícula es menor.
- Modulación del tamaño de partícula de redes metal orgánicas de Terbio y Erbio para su aplicación como trazadores celulares(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Sánchez Moreno, Diana LauraEn esta investigación se realizó la síntesis de dos redes metal orgánicas formadas por el ligante orgánico 1,4-bencenodicarboxilico (BDC) y los iones Tb³⁺ y Er³⁺ como centros metálicos, dichas MOFs se obtuvieron mediante la agitación a temperatura ambiente de los precursores. Adicionalmente se realizó la síntesis de Tb₂BDC₃ mediante microondas y un posterior tratamiento térmico a 400 °C; mediante el análisis de sus características estructurales se observó que hay un cambio importante en el tamaño de cristal influenciado por el método de síntesis; sin embargo, esto no influye en las bandas de emisión luminiscente de dicho material ya que presentan la misma intensidad. Posteriormente, las MOFs obtenidas mediante agitación a temperatura ambiente fueron sometidas a un tratamiento ultrasónico durante tiempos de 5, 10 y 15 min con la finalidad de reducir el tamaño de partícula. En el análisis de Tb₂BDC₃ se observó que hay una disminución en el tamaño de cristal y de partícula debido a la sonicación; además el estudio de las propiedades ópticas muestra que hay un incremento en la intensidad en los espectros de excitación y emisión. Para el caso de Er₂BDC₃ en el análisis estructural se observa la misma disminución en el tamaño de cristal al ser sometido al tratamiento ultrasónico; sin embargo, en las propiedades ópticas no se observa algún cambio en la intensidad de absorción. Adicionalmente se realizaron pruebas de estabilidad en medios: acuoso, amortiguadores de fosfato, medio de cultivo celular y medios de cultivo celular suplementado con un 10 % de suero fetal bobino, medios usados para pruebas biológicas. Con dichas pruebas se determinó que ambas MOFs son estables en dichos medios; de hecho, en el caso de la Er₂BDC₃ se observó mediante DRX que su estructura es muy parecida a la estructura reportada para Tb₂BDC₃ al estar en presencia de cada uno de los medios. Mediante ensayos de azul Alamar se determinó que ambas MOFs no alteran la proliferación de las células HaCaT, una línea celular de queratinocitos humanos obtenidos a partir de la piel humana; lo que sugiere que las MOFs pueden ser usadas en aplicaciones biológicas dada su baja citotoxicidad.
- Propiedades electrónicas y superconductoras del V y Nb bajo presión hidrostática(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Flores Hernández, GabrielEn este trabajo estudiamos el papel que juegan los fonones en el efecto superconductor. Se investigaron las propiedades estructurales, electrónicas, de fonones y propiedades superconductoras para los metales de transición vanadio (V) y niobio (Nb) bajo presión hidrostática hasta 200 GPa. Analizamos las posibles transiciones fase estructural del V y Nb, asumiendo cinco estructuras cristalinas; la estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), cúbica centrada en las caras (FCC), cúbica simple (SC), hexagonal compacta (HCP) y la estructura A15, para presiones hasta 200 GPa. Los cálculos se realizaron mediante el método de ondas planas aumentadas linealizadas con potencial completo (FLAPW), implementada en el código WIEN2k y ELK. Usamos la aproximación de gradiente generalizado (GGA) para la energía de intercambio-correlación. Los resultados de energía total fueron ajustados a la ecuación de estado de tercer orden de Birch-Murnaghan, mientras que para las propiedades superconductoras se utilizaron las ecuaciones de Eliashberg y para la Tc la ecuación de McMillan-Allen-Dynes. Los resultados indican que no ocurre ninguna transición de fase estructural, entre las estructuras propuestas y que en ambos casos la estructura de mínima energía corresponde a la estructura BCC, con un parámetro de red de α V = 3:00 _A para el V y aNb = 3:31 _A para el Nb. Encontramos que los fonones L, T1 y T2 en el V y Nb, aumentaron en energía con respecto a la presión, sin embargo, en el V la cantidad de fonones T1;2 aumento proporcionalmente con la presión, mientras, en el Nb no hubo cambios significativos. Adicionalmente, el V alcanzó una Tc = 17.58 K en 200 GPa, mientras, en el Nb la Tc se mantuvo disminuyendo en el rango de pequeños valores, con respecto a la presión.
- Electrodeposición de una aleación Zn-Co en acero de bajo carbono mediante un disolvente eutéctico profundo para su estudio y aplicación como inhibidor de la corrosión(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-11) Ramírez Santander, William MiguelEl presente proyecto de investigación tuvo como finalidad estudiar el mecanismo de nucleación y crecimiento de la aleación Zn-Co electrodepositada sobre carbono vítreo en el disolvente eutéctico profundo ChCl-Urea (relina), así, como su capacidad de inhibición de la corrosión del acero AISI/SAE 1018 en un medio salino. Los estudios del electrodepósito sobre el carbono vítreo y el acero 1018 se realizaron mediante las técnicas de voltamperometría y cronoamperometría aplicando diversos escalones de potencial. Se determinó que el electrodepósito de la aleación Zn-Co sobre el carbono vítreo se lleva a cabo por nucleación instantánea con crecimiento tridimensional controlado por la difusión y que simultánea a este proceso ocurre la reducción del agua residual presente en el DES sobre los núcleos de la aleación formados. Se determinaron las constantes cinéticas que describen el proceso de electrodeposición tales como la velocidad de nucleación (A), la densidad numérica de los sitios activos (No) y la constante de velocidad de reducción del agua (KWR) utilizando modelos teóricos de nucleación y crecimiento. La caracterización de los depósitos bimetálicos se realizó por SEM y EDS mostrando morfologías ramificadas y granulares para el carbono vítreo y el acero 1018, respectivamente. Además, se obtuvieron aleaciones con altos contenidos de cobalto debido a que no se presenta una codeposición anómala como ocurre en medio acuoso. Los recubrimientos de Zn y Zn-Co sobre acero 1018 obtenidos potenciostáticamente a -1.25 V y diferentes contenidos de Co(II) en el DES, fueron homogéneos, adherentes y recubrieron toda la superficie del electrodo. Las pruebas de corrosión se realizaron utilizando las técnicas de curvas de polarización potenciodinámicas y espectroscopia de impedancia electroquímica en medio salino. Se encontró que los recubrimientos de Zn y Zn-Co protegieron el acero 1018 de la corrosión mediante protección catódica, además, los productos de corrosión formados fueron los encargados de pasivar la superficie de la muestra evitando el rápido deterioro del recubrimiento. La capacidad de inhibición de la corrosión aumenta con el contenido de cobalto en los recubrimientos y en menor medida con el tiempo de electrodeposición. El recubrimiento Zn-Co obtenido a una concentración en el baño de ZnCl₂ 0.15 M + CoCl₂ 20 mM y un tiempo de depósito de 130 min presentó el mejor comportamiento frente a la corrosión con una inhibición del 98.18 % que es superior a la otorgada por los recubrimientos de Zn (88.89 %), además, sus propiedades anticorrosivas dependen de las fases de su microestructura, los parámetros de electrodeposición y la morfología de los productos de corrosión.
- Síntesis de compósitos hidroxiapatita/colágeno a partir de residuos de pescado con orientación a la regeneración ósea(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-08) Ayala Barajas, DanielaEl presente trabajo está enfocado en la síntesis de un compósito de hidroxiapatita y colágeno que pueda ser empleado en la regeneración de tejido óseo. Los precursores del compósito fueron extraídos de las escamas y piel del pescado Oreochromis hunteri y niloticus (tilapia). El colágeno se extrajo a partir de ambos residuos, mientras que la hidroxiapatita se obtuvo a partir de las escamas. Inicialmente este trabajo se basó en los métodos descritos por Liu et al., y Akkasit et al., para aislar colágeno soluble en ácido (CSA) y colágeno soluble en pepsina (CSP), y en el método de Ulfyana et al. para sintetizar la hidroxiapatita; en el desarrollo experimental se realizaron variaciones que logran resultados novedosos. Se pudo extraer colágeno tipo I tanto de la piel como de la escama, con mayor rendimiento para la piel, y que el polímero extraído presenta una estructura cuya longitud es menor a la reportada para el colágeno proveniente de mamíferos. El rendimiento obtenido fue similar al reportado por Liu et al. Con respecto a la hidroxiapatita, el material extraído de la escama no requirió de la adición del grupo fosfato, como se ha reportado en otros trabajos similares, ya que el material obtenido ya contenía fósforo. El análisis físicoquímico del material compósito mostró que tiene características adecuadas para ser aplicado en el área médica, ya que es un material poroso, rico en calcio, y enriquecido con sodio y magnesio. Además, el aspecto físico del compósito es muy parecido al hueso esponjoso. Teniendo en cuenta que la Tilapia es un pescado de alto consumo en México, lo que genera enormes cantidades de escamas y piel de desecho, el trabajo descrito en esta tesis es una propuesta de recuperación de estos desechos para extraer productos de alto valor agregado, como el Colágeno Tipo I, que puede ser aplicado en el área biomédica.