Academic literature on the topic 'Nanoestructuras de carbon'

La cáscara de naranja (Citrus sinensis L.) se ha considerado como un residuo debido al elevado costo y la compleja gestión de su procesamiento, convirtiéndose en un problema de contaminación ambiental. Por esta razón, se ha prestado gran atención a la valorización de este residuo agroindustrial para obtener beneficios monetarios con una reducción del volumen de residuos orgánicos y la posibilidad del desarrollo de tecnologías eficientes para generar y almacenar energía eléctrica. Este trabajo presenta un proceso térmico ambientalmente amigable para producir un carbón conductivo. Primero las cáscaras de naranja se lavaron por baño ultrasónico y se secaron al sol y en mufla. Posteriormente pedazos de cáscara de naranja deshidratada se cubrieron completamente con arena de mar de grano fino y se carbonizaron a 1000 °C durante 1 hora. Después, el biocarbón fue estudiado por voltametría cíclica. La capacitancia eléctrica de doble capa de la muestra fue estimada para conocer el comportamiento electroquímico del carbono en el electrolito. El material de carbón sintetizado mostró una capacitancia específica de 272 F/g a 20 mV/s. Los resultados observados demostraron que el nuevo proceso térmico propuesto produce carbono grafitizado con buenas propiedades electroquímicas a bajo costo. Además, esta propuesta contribuye con el desarrollo de nuevos materiales conductores de carbón usando un tratamiento térmico simple, económico y respetuoso con el medio ambiente a partir de biomasa residual de bajo valor.

En este trabajo se diseñaron nuevos materiales que presenten alta sensibilidad y selectividad basados en nanofibras con fuente de carbón las cuales fueron decoradas con nanoestructuras de ZnO y CuO. Para dicho propósito se llevó a cabo la síntesis de nanofibras de carbono las cuales fueron depositadas por vía hidrotermal de diversas estructuras de ZnO y CuO. Después de la correspondiente caracterización por FTIR, TEM, SEM, TEM y XRD los análisis de voltamperometria cíclica muestran la sensibilidad alcanzada ante la presencia de glucosa de los materiales preparados corroborando su potencial aplicación como sensor de este importante componente biológico.

En este trabajo se llevó a cabo una reacción química entre metales de transición, específicamente tiosales de tungsteno yrutenio para sintetizar dos precursores catalíticos soportados en carbón Vulcan y un precursor catalítico soportado ennanotubos de carbono (NTC). Los materiales se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónicade barrido (MEB) y microscopía electrónica de transmisión (MET). El electrocatalizador comercial de Pt/C al 20 % enpeso metálico se utilizó para comparar el desempeño catódico de los electrocatalizadores sintetizados y basados encalcogenuros de Ru-WS2. Los electrocatalizadores obtenidos se analizaron mediante técnicas voltamperométricas para lareacción de reducción de oxígeno (RRO) en medio ácido. El electrocatalizador RuxWvSz /C resultó 38 % más eficientepara la generación de corriente como cátodo respecto al electrocatalizador RuxWvS2z /C. Este resultado se atribuye a laalta dispersión y homogeneidad en el tamaño nanométrico de las partículas metálicas de la fase activa.

La nanobiotecnología representa la faceta más intrigante que pudo alguna vez haber alcanzado en sí la tecnología al servicio del ser humano. Al tomar ventaja de las características adquiridas por los organismos vivos en el curso de su evolución, más las propiedades únicas que los materiales presentan a nanoescala, esta nueva tecnología nos promete el desarrollo de dispositivos con una complejidad nunca antes imaginada. Por ejemplo, biotecnología de nanoestructuras basadas en péptidos, proteínas e incluso virus y bacterias, todas ellas combinadas con nanoestructuras inorgánicas, dando lugar a la formación de nuevos materiales bionanohíbridos con vastas aplicaciones en el área de las ciencias de la vida y de los materiales. En una forma general, la nanobiotecnología abarca el estudio, diseño y creación de líneas de conexión entre la biología estructural y la nanotecnología molecular, recalcando que su desarrollo no habría sido posible sin un esfuerzo conjunto y multidiciplinario de todas las áreas de la ciencia. En esta revisión se presenta un fascinante universo de nuevos materiales en la escala 1x10–09 metros cuyas aplicaciones pueden hacernos reflexionar hacia donde se dirigen nuestros días futuros. Sin embargo, dada la vasta cantidad de artículos científicos publicados en el área, la presente revisión solamente se ha enfocado en el uso de nanotubos de carbono para el desarrollo de nanobiodispositivos, y se apoya en aproximadamente un centenar de referencias científicas.

En el desarrollo de este trabajo de investigación se han sintetizado y caracterizado nanocompositos en base de halloysita con nanopartículas de sulfuro de bismuto. La halloysita, es un filosilicato que se encuentra en forma de nanotubos de multicapas y constituye una alternativa de morfología similar a los nanotubos de carbono; sin embargo, posee características químicas distintas en la superficie externa e interna. La síntesis se llevó a cabo utilizando un método de impregnación de los precursores en nanotubos de halloysita para el posterior crecimiento de las nanopartículas in situ. La caracterización incluyó espectroscopias de absorción electrónica (UV-visible) y difracción de rayos X, en polvos. La morfología de los nanocompositos preparados se evidenció utilizando microscopía de barrido electrónico (SEM) y microscopía de transmisión electrónica(TEM); además se utilizó espectroscopia de energía dispersiva (EDS) para identificar elementos particulares y su distribución en la muestra. Los resultados indican que las nanopartículas de Bi2S3 (Bi2S3 NPs), de morfología esférica, se depositaron de manera uniforme sobre los nanotubos de halloysita (HNTs). Las partículas en el nanocomposito presentaron mayor diámetro que las partículas sintetizadas sin HNTs. Este cambio se evidencia en la reducción del ancho del pico en los patrones de difracción y en la disminución de valor de energía de la brecha energética. La formación del nanocomposito contribuyó a mantener las nanopartículas dispersas de manera homogénea sobre halloysita, evitando su aglomeración. Además, se evidenció el control de tamaño y morfología cuando se utiliza los nanotubos como soporte.

Investigamos el campo electromagnético que genera un sistema de nanotubos de carbono de longitud y radio variable que interactúa con una carga que viaja a una velocidad rápida por encima de una nanoestructura de CNTs. Los nanotubos simulados se encuentran resonando a una determinada frecuencia ω_p parámetro importante de resonancia que genera diferentes niveles de plasmones de superficie. En nuestra investigación numérica aplicamos el método FDTD (Diferencias finitas en el dominio del tiempo) para estudiar un rango de frecuencias ω_p en donde encontramos un pico máximo de energía de plasmones-polaritones con un acoplamiento optimo entre la carga y el sistema de CNTs.

RESUMENLa molécula Boltorn H30 es un polímero hiperramificado polihidroxilado de tercera generación de origen comercial con forma aproximadamente globular de diámetro promedio de 3,3 nm y tiene una cavidad endoreceptora que puede ser aprovechada para la incorporación de iones u otras moléculas pequeñas. En este caso, se analiza la adsorción espontánea de Boltorn H30 sobre sustratos de carbono para generar superficies nanoestructuradas capaces de captar o retener cationes cobre (II) en su interior. Posteriormente, las películas formadas se llevan a una celda electroquímica con el fin de reducir electroquímicamente el catión y generar estructuras metálicas usando el polímero hiperramificado como plantilla o molde. Estas plataformas desarrolladas con cobre electrodepositado han mostrado ser útiles para la electrocatálisis de peróxido de hidrógeno. Las superficies estudiadas en este trabajo han sido caracterizadas mediante diferentes técnicas espectroscópicas, microscópicas y electroquímicas.

En este artículo se presenta una estrategia de evaluación electroquímica para materiales nanoestructurados con potencial uso en cátodos multifuncionales, con el fin de incrementar la capacidad de degradación y eliminación de materia orgánica recalcitrante en agua tratada por vía electroquímica.El principal objeto de estudio es la producción de radical hidroxilo (•OH), que es identificado como un agente altamente oxidante (2.8 V vs. ENH), únicamente superado por el flúor (3.03 v vs. ENH). Este radical suele formarse en la superficie de un ánodo catalítico o por reacciones tipo Fenton; sin embargo, en este artículo se demuestra que es factible su formación en un cátodo, asemejando el proceso de oxidación avanzada (AOP), conocido como electro-Fenton. La elevada reactividad del •OH para llevar a cabo la destrucción de compuestos biorrefractarios y recalcitrantes está plenamente probada y justifica la propuesta de ensayar materiales nanoestructurados para multiplicar su producción en una celda electroquímica. La evaluación de cátodos de tipo multifuncional, conteniendo Pt y Pt-Pd, soportados sobre nanotubos de carbón multipared (MWCNT) se realizó por voltamperometría cíclica, para determinar la producción in-situ del radical •OH. De esta manera, el desarrollo de un nuevo proceso de reducción electroquímica de tipo multifuncional (O₂ a H₂O₂ y H₂O₂ a •OH) tiene una potencial aplicación en celdas electroquímicas ya concebidas para mejorar la calidad de agua tratada.

Nowadays, our modern society huge challenges related to energy, savings as well as energy management, to improve and extend the standard of living to a growin population over 7000 million people, and do it with sustainable technologies becomes our main survival role play. Energy storage is a critical question to obtain a complete energy management system. Storage devices, suitably controlled by modern fast power electronic converters, may play a fundamental role in facing the challenge of global energy savings. In the present work, a new storage system based in electrochemical double layer capacitor has been developed and tested. The present doctoral thesis gives background related to energy storage based on supercapacitors. It attempts to place the supercapacitor device in context of available and future technologies for alternative energy systems management. Limitations of cells and electrodes are introduced. Ionic transport in active carbon and carbon nanofiber electrodes and possible restrictions in carbon nanostructured porous systems are studied and a novelty method to solve them are described. There are some open issues in the supercapacitor development, in this thesis the major challenges are introduced and how we can go beyond them, become the major objective. The results from the studies are presented in this thesis together with the scientific papers this thesis is based on.
Avui en dia, en les societats modernes, tenim l’important repte de fer sostenible el consum d’energia i al mateix temps salvaguardar els estàndards de qualitat de vida, en un planeta amb mes de 7.000 milions de persones, per això en l’acord de Paris (2015) es va marcar com objectiu que l’increment de temperatura mundial quedi per sota dels 2ºC, per aconseguir aquest objectiu s’han de reduir les emissions de gasos que influeixen negativament en l’efecte hivernacle. Reduir les emissions de gasos passa per un us mes racional de les diferents fonts d’energia, prioritzant l’energia elèctrica, que ha mostrat ser la menys contaminat. Un ús eficient de l’energia elèctrica passa pel desenvolupament de nous sistemes per emmagatzemar l’energia elèctrica, tant pel seu ús en sistemes de transport com per el nou paradigma de les ciutats intel·ligents. En aquest treball s’ha proposat: 1.- Estudiar els sistemes d’emmagatzematge elèctric basats en supercondensadors, des de les diferents parts que formen el supercondensador, s’han analitzat a fons les tres parts principals que conformen el supercondensador: Els elèctrodes, els separadors i l’electròlit. S’ha dedicat un especial esforç al estudi i disseny de nous elèctrodes, per això, s’han fet servir nanofibres de carbó, comprovant l’efecte del dopat de les nanofibres de carboni amb òxid de manganès millora de forma notable els valors de la capacitat especifica, arribant a valors de 812 F/g mesurats amb una rampa de tensió de 5 mV/s, i també, pensant en una futura industrialització del procés de fabricació, s’ha estudiat en profunditat la concentració i el tipus de polímer que es pot fer servir com a “binder” per mantindré l’estructura mecànica del elèctrode. 2.- Desenvolupar un nou sistema basat en l’ús de nano estructures carbonoses per la fabricació d’elèctrodes de supercondensadors de alta eficiència. S’ha estudiat l’efecte de fer servir nanofibres de carbó juntament amb carbó activat per millorar la resposta tant pel que fa a la capacitat especifica com a la resistència sèrie equivalent (ESR), s’han obtingut valors de capacitat especifica de 334 F/g fent servir únicament carbó activat i de 52 F/g amb nano fibres, fent servir sempre una rampa de tensió de 5 mV/s. Pel que fa a la ESR, les nanofibres, com era d’esperar, ens proporcionen el valor mes baix (0.28 Ω) en comparació als valors obtinguts fent servir carbó activat (3.72 Ω). Per aprofitar les millors característiques de les nano fibres i del carbó activat, s’ha estudiat quina es la millor relació entre elles: (90% de AC / 10% de CNFs) amb això el millor valor obtingut ha estat de 207 F/g. 3.- Estudiar el fenomen de la conductivitat iònica a l’interior de les estructures carbonoses dels elèctrodes i desenvolupar una millora que permeti reduir la resistència sèrie equivalent (ESR). Pensant en la sostenibilitat, s’ha dedicat un esforç especial al estudi i desenvolupament d’electròlits en base aquosa, que permetin optimitzar els valors de resistència sèrie equivalent (ESR) al mateix temps que s’ha evitat fer ús de productes nocius pel medi ambient o que requereixin de processos industrials complicats per la seva obtenció. En base a això, s’ha comprovat que el millor electròlit de base aquosa es la dissolució 1M de KOH, malgrat que aquesta es reactiva a l’alumini i complica el posterior procés d’encapsulat. Finalment s’ha optat per el sulfat de sodi (Na2SO4) que ha estat fet servir com ha referencia en bona part del estar del art, malgrat això, s’ha comprovat que la concentració del aigua del Mart Mort, que conté bàsicament clorurs de magnesi i potassi també dona uns resultats acceptables. 4.- Estudiar els efectes de la auto descàrrega i proposar un nou tipus de separadors que permeti millorar aquest paràmetre, seguint el model del supercondensador, seria fer que la resistència paral·lel sigui d’un valor el mes gran possible. Un dels elements constituents dels supercondesandors que ha estat poc estudiat en la literatura científica es el separador, habitualment es fa servir cel·lulosa, en aquest estudi s’ha estudiat l’efecte del separador de cel·lulosa en comparació amb un separador de fibra de vidre i per últim s’ha comprovat que les membranes conductores iòniques, que habitualment es fan servir en les bateries de flux, ens proporcionen els millors resultats pel que fa als valors de la resistència paral·lel.

2013/2014
La nanotecnologia è chiamata a rivoluzionare molti settori della nostra vita. Tra tutti i campi in cui è convolta, la ricerca delle energie rinnovabili, la possibilità di ottenere acqua pulita in tutte le parti del mondo, il miglioramento della salute e l’aumento dell’aspettativa di vita e lo sviluppo di sistemi informatici, sono gli obiettivi che si distinguono. Le nanostrutture di carbonio sono materiali promettenti che possono aiutare a raggiungere questi obiettivi: includono fullereni, grafene, nanotubi e nanohorns di carbonio. Tutti hanno proprietà interessanti e offrono nuovi vantaggi per le applicazioni in chimica dei materiali e nella medicina. Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato interessanti metodi per modificare queste nanostrutture per poterli applicare nei campi sopra menzionate. In questo contesto, lo scopo generale di questa tesi è il disegno di sistemi multifunzionali basati su nanostrutture di carbonio destinati ai sensori e alle applicazioni biologiche. Nel capitolo 1, viene fatta una breve panoramica dei nanotubi e i nanohorns di carbonio, spiegando la loro struttura, le loro proprietà e le loro applicazioni. Inoltre, vengono descritte le diverse strategie per la loro funzionalizzazione. Il riconoscimento molecolare gioca un ruolo importante in molti sistemi biologici. In flavoproteine, l'interazione specifica tra il cofattore flavina e l’apoenzima determina la reattività della proteina. Di conseguenza, la modulazione dell'ambiente delle flavine può essere utilizzata come strumento per determinare il loro comportamento e anche per comprendere i processi molecolari negli enzimi. Con questi obiettivi in mente, nel capitolo 2 è descritta la sintesi di differenti derivati basati sul sistema nanotubi di carbonio-triazina per l’uso come ricevitori di riboflavina. In primo luogo, la sintesi e la caratterizzazione di diverse 1,3,5-triazine sono riportate. In una seconda fase, viene descritta la funzionalizzazione di nanotubi di carbonio a parete singola e a parete multipla con le differenti triazine e anche con catene di p-tolil, impiegando le radiazioni microonde. Dopo, si riporta la caratterizzazione completa di questi derivati con varie tecniche. L’auto-assemblaggio degli ibridi è stato analizzato con microscopia elettronica a trasmissione, osservando come i funzionalizzati con 1,3,5-triazine formano buone dispersioni in acqua, mentre loro si auto-assemblano in solventi non polari a causa del riconoscimento di legami d’idrogeno complementari. Tuttavia, derivati funzionalizzati con p-tolil formano migliori dispersioni in solventi organici ed invece si auto-assemblano in acqua. Viene poi studiata la capacità dei nanotubi di carbonio funzionalizzati a parete multipla di riconoscere la riboflavina con la spettroscopia di fluorescenza e ultravioletta visibile, analizzando la grandezza delle interazioni non-covalenti. Si vede come la funzionalizzazione covalente dei nanotubi di carbonio diminuisce la loro capacità di formare interazioni  mentre le interazioni di legame d’idrogeno giocano un ruolo fondamentale nel processo di riconoscimento tra i membri del sistema. Inoltre, si è demostrata l’influenza dei tipi di triazine nel comportamento della riboflavina. In questo modo, è dimostrata la modulazione del riconoscimento molecolare della riboflavina attraverso i diversi nanotubi. Così, recettori artificiali in processi di catalisi possono essere specificamente disegnati per ottenere il controllo delle interazioni tra i nanotubi di carbonio funzionalizzati e la riboflavina, modificando il suo comportamento. Inoltre, le dimensioni e le eccellenti proprietà di nanotubi permettono di utilizzarli come strumento nella progettazione di sensori per la rivelazione di singole molecole. Nel capitolo 3 si riporta la modifica di nanohorn di carbonio per l'impiego come farmaci selettivi nella terapia del cancro è rapportata. Prima, si mostra la sintesi e la caratterizzazione di diversi ibridi di nanohorn: Antibody-CNH, Drug-CNH, Antibody-Drug-CNH e Double Functionalized-CNH. In particolare vengono usati cisplatino, come profarmaco, ed un anticorpo specifico per le cellule che mostrano l’antigene PSMA (Prostate-specific membrane antigen). Di seguito, vengono presentati diversi esperimenti biologici sviluppati in collaborazione con il professor Marco Colombatti dell’Università degli Studi di Verona (Italia). L’ibrido Antibody-Drug-CNH possiede una migliore capacità di uccidere selettivamente le cellule che presentano l'antigene PSMA, rispetto ad altri derivati di nanohorns. Il nuovo sistema progettato offre un grande potenziale dato dalla possibilità di modificare il tipo e il grado di funzionalizzazione. Questo permette di variare la quantità di farmaco o di anticorpo nelle nanostrutture con lo scopo di migliorare l’efficienza dei nuovi derivati. Inoltre, questo metodo può incorporare altri farmaci o anticorpi al sistema, aprendo la porta al trattamento di altre malattie. Il capitolo 4 descrive l'applicazione di diverse nanostrutture di carbonio nella terapia genica. Prima, si mostra la funzionalizzazione di nanohorns di carbonio con gruppi amminici, impiegando diversi metodi che utilizzano le radiazioni a microonde (cicloaddizione 1,3-dipolare e addizione radicalica). In seguito, viene presentato il lavoro svolto in "the Nanomedicine Lab" (Università di Manchester), sotto la supervisione del Prof. Kostas Kostarelos. L'efficacia dei nanohorns di carbonio funzionalizzati per formare complessi con siRNA è comparata con quella dei nanotubi di carbonio forniti dal gruppo del professor Kostarelos. Si è visto come i nanohorn di carbonio formino complessi con siRNA a differenza dei nanotubi. I complessi siRNA/nanohorn si caratterizzano utilizzando varie tecniche e viene analizzata la loro capacità di rilasciare il siRNA. Sebbene nanohorn di carbonio funzionalizzati con l’addizione radicalica mostrano una forte interazione con il materiale genetico, i derivati funzionalizzati con la cicloaddizione 1,3-dipolare lo rilasciano più facilmente. I risultati suggeriscono che, per conseguire il miglior carrier, la complessazione totale del siRNA con le nanostrutture dovrebbe essere evitato. Tuttavia, gli ibridi devono essere analizzati in vitro per garantire la migliore scelta. Questo studio contribuisce alla comprensione dell’uso di nanohorn di carbonio come vettori per terapia genica; ma, un maggior numero di derivati deve essere analizzato per un confronto completo con i nanotubi di carbonio.
La nanotecnología se presenta como una nueva ciencia que podrá revolucionar multiples aspectos de nuestras vidas. Entre los numerosos campos en los que la nanotecnología está centrada, la búsqueda de energías renovables, la posibilidad de obtener agua limpia en cualquier parte del mundo, la mejora de la salud y la longevidad de las personas así como el avance de los sistemas informáticos, son los objetivos que más destacan. Las nanoestructuras de carbon son nanomateriales prometedores que pueden ayudar a lograr esas metas. Estos materiales incluyen fullerenos, grafeno, nanohorns y nanotubos de carbono, entre otros. Todos ellos presentan propiedades interesantes y ofrecen nuevas ventajas para aplicaciones en química de materiales y medicina. Nuestro grupo de investigación ha desarrollado metodologías interesantes para la modificación de esas nanoestructuras con el objeto de que puedan ser útiles en las aplicaciones citadas anteriormente. En ese contexto, el objetivo general de esta tesis es el diseño de sistemas multifuncionales basados en nanoestructuras de carbono para ser usados en sensores y en aplicaciones biológicas. En el capítulo 1 se detallan la estructura y las propiedades de los nanohorns y los nanotubos de carbono junto a sus aplicaciones. Además, se muestra un resumen de las diferentes metodologías usadas para su funcionalización. El reconocimiento molecular juega un papel importante en numerosos sistemas biológicos. En flavoproteinas, la interacción específica entre el cofactor flavina y la apoenzima determina la reactividad total de la proteina. De este modo, la modulación del entorno de la flavina puede usarse como herramienta para determinar su comportamiento y, además, para entender los procesos moleculares en las enzimas. Con esos objetivos en mente, en el capítulo 2 se describe la síntesis de diferentes derivados basados en el sistema nanotubo de carbono-triazina para usarlos como receptores múltiples de riboflavina. En primer lugar, se sintentizan y caracterizan distintas 1,3,5-triazinas. En un segundo paso, se funcionalizan nanotubos de carbono tanto de pared simple como de pared multiple con las diferentes triazinas así como con cadenas de p-tolilo usando radiación microondas, y esos derivados se caracterizan completamente mediante diversas técnicas. El autoensamblaje de los híbridos se analiza mediante microscopía de transmisión electrónica observando como los derivados de 1,3,5-triazinas forman buenas dispersiones en agua y se autoensamblan en disolventes no polares debido al reconocimiento mediante enlaces de hidrógeno complementarios. Sin embargo, los derivados de p-tolilo forman mejores dispersiones en disolventes orgánicos y se agregan en agua. Finalmente, la habilidad de los nanotubos de carbono de pared múltiple funcionalizados para reconocer la riboflavina se estudia mediante fluorescencia y espectrocopía ultravioleta visible, analizando el alcance de las interacciones no covalentes. La funcionalización covalente de nanotubos de carbono disminuye su habilidad para formar interacciones  mientras que las interacciones mediante enlaces de hidrógeno juegan un papel fundamental en el proceso de reconocimiento entre los componentes del sistema. También se estudia la infuencia de las diferentes triazinas en el comportamiento de los complejos. De esta manera, se demuestra la modulación del reconocimiento de la riboflavina por medio de los diversos híbridos de nanotubos de carbono. Así, los receptores artificiales en procesos de catálisis pueden ser específicamente diseñados para lograr control de la interacción entre los nanotubos de carbono funcionalizados y la riboflavina, modificando así su comportamiento. En el capítulo 3 se describe la modificación de nanohorns de carbon para ser usados como fármacos selectivos en la terapia contra el cancer. En primer lugar se muestra la síntesis y caracterización de diferentes híbridos de nanohorns: Antibody-CNH, Drug-CNH, Antibody-Drug-CNH and Double Functionalized-CNH. En particular se usan cisplatino en forma de prodroga y un anticuerpo específico (D2B) para células de próstata que muestran el antígeno PSMA. Finalmente se presentan diferentes experimentos biológicos desarrollados en colaboración con el profesor Marco Colombatti, de la Universidad de Verona (Italia). Se demuestra la mejor habilidad del híbrido Antibody-Drug-CNH para matar selectivamente células que muestran el antígeno PSMA en comparación con los otros derivados de nanohorns. El nuevo sistema diseñado ofrece gran potencial debido la la posibilidad de modificar tanto el tipo como el grado de funcionalización. Esto permite variar la cantidad de fármaco o anticuerpo en la nanoestructura con el objetivo de conseguir una mejor eficacia del derivado. Además, con este método se pueden incorporar otros fármacos o anticuerpos al sistema, lo que abre la puerta al tratamiento de otras enfermedades. El capítulo 4 describe la aplicación de distintas nanoestructuras de carbono en terapia génica. Primero se muestra la funcionalización de nanohorns de carbono con grupos amino mediante diferentes metodologías usando radiación microondas (cicloadición 1,3-dipolar y adición radicálica). Después, se presenta el trabajo desarrollado en “the Nanomedicine Lab” (Universidad de Manchester) bajo la supervision del profesor Kostas Kostarelos. Se compara la eficacia de los nanohorns de carbono funcionalizados para formar complejos con siRNA con la de una serie de nanotubos de carbono aportados por el grupo del profesor Kostarelos. En nuestros experimentos, los nanohorns de carbon forman complejos mejor que los nanotubos. Los complejos siRNA/nanohorns se caracterizan mediante diversas técnicas y se analiza su capacidad de liberar el siRNA. Aunque los nanohorns de carbono funcionalizados mediante adición radicálica muestran una interacción más fuerte con el material genético, los derivados funcionalizados mediante cicloadición 1,3-dipolar lo liberan de manera más fácil. Los resultados sugieren que la complejación total entre el siRNA y la nanoestructura debe ser evitada para lograr más fácilmente el posterior desplazamiento de este dentro de la célula. Sin embargo, para garantizar la elección del híbrido más eficaz, los complejos deben ser analizados in vitro. Por tanto, este estudio contribuye al entendimiento de los nanohorns de carbono como vectores en terapia génica. No obstante, un mayor número de derivados deben ser analizados para lograr una comparación completa con los nanotubos de carbono.
Nanotechnology is claimed to revolutionize every aspect of our life. Among the large number of fields in which nanotechnology is involved; finding renewable clean energy, obtaining clean water for all, improving health and longevity and enhancing computing power are the most noteworthy. Carbon nanostructures are promising nanomaterials that can help to achieve these objectives. Fullerenes, graphene, nanohorns and nanotubes are including within these materials. All of them exhibit interesting properties and offer new opportunities for applications in material chemistry and medicine. Our research group has developed interesting methodologies for modifying these nanostructures in order to be used in the aforementioned applications. In this context, the objective of this thesis is the design of multifunctional systems based on carbon nanomaterials to be applied in sensors and in biological applications. Chapter 1 explains the structure, properties and applications of carbon nanohorns and carbon nanotubes, together with their applications. In addition, it provides an overview of the different methodologies to functionalize them. Molecular recognition plays an important role in numerous biological systems. In flavoproteins, the specific interaction between the flavin cofactor and the apoenzyme determines the reactivity of the entire protein. Therefore, the modulation of the environment of flavins can be used as a tool to set their behaviour and to understand the molecular processes in enzymes. With these aims, chapter 2 describes the synthesis of different carbon nanotubes-triazine derivatives to be used as multi-receptors of riboflavin. Firstly, different triazines are synthesized and characterized. In a second step, both single-walled and multi-walled carbon nanotubes are functionalized with different 1,3,5-triazine and p-tolyl chains using radical addition under microwave irradiation and these derivatives are characterized by different techniques. The self-assembly of these hybrids is analysed by transmission electron microscopy, observing how the 1,3,5-triazines derivatives form good dispersions in water and self-assemble in non-polar solvents due to the DAD-ADA hydrogen bonding recognition, while the p-tolyl derivatives show better dispersability in organic solvents and aggregate in polar solvents. Finally, the ability of the functionalized multi-walled carbon nanotubes to recognize riboflavin is studied by fluorescence and UV spectroscopy, analysing the scope of the different non-covalent interactions. It is shown that the functionalization of nanotubes by covalent approach decreases the ability of them to form  stacking and also that the hydrogen bond interactions play an important role in the recognition processes between the components. The influence of the different triazines in the complexes is also shown. Thus, the modulation of the molecular recognition of riboflavin by the diverse nanotubes hybrids is demonstrated. Therefore, our study clarifies the understanding of non-covalent interactions in biological systems. In this way, artificial receptors in catalystic processes could be designed through a specific control of the interaction between functionalized carbon nanotubes and riboflavin. Additionally, the size and the excellent properties of carbon nanotubes will permit to use them as the building blocks in the design of sensors for single-molecule detection. In chapter 3, the modification of carbon nanohorns to be applied as new selective drugs in cancer therapy is shown. Firstly, the synthesis and characterization of different conjugates by the functionalization of carbon nanohorns with orthogonal chains is reported: Antibody-CNH, Drug-CNH, Antibody-Drug-CNH and Double Functionalized-CNH. In particular, cisplatin in a prodrug form and a specific D2B antibody for PSMA+ prostate cancer cells are attached. In collaboration with the group of Professor Marco Colombatti, different biological experiments are reported. The better ability of Antibody-Drug-CNH to selectively kill PSMA+ cancer cells in comparison with the other synthesized CNHs hybrids is demonstrated. This new system offers great potentiality due to the possibility of modifying the type and degree of functionalization. This allows the variation of the quantity of drug or antibody attached to the nanostructure in order to play with the killing efficacy. Similarly, the method is useful to attach different drugs or antibodies opening the way to the treatment of other diseases. Chapter 4 describes the application of different carbon nanostructures in gene delivery. Firstly, the functionalization of carbon nanohorns with amino moieties by different methodologies (1,3-dipolar cycloaddition and radical addition) under microwave irradiation and their characterization is shown. Then, the work developed at the Nanomedicine Lab (University of Manchester) under the supervision of Professor Kostas Kostarelos is reported. The efficacy of the functionalized carbon nanohorns to form complexes with siRNA is compared with the one of functionalized carbon nanotubes provides by Prof. Kostarelos’s group. In our experiments, carbon nanohorns form complexes better than nanotubes. The nanohors complexes are characterized by different techniques and their capability to release siRNA is analysed. Although the carbon nanohorns functionalized by radical addition showed the strongest complexation of siRNA, the derivatives functionalized by 1,3-dipolar cycloaddition showed its easiest release. The results suggest that, in order to obtain the best candidate, a complete complexation of siRNA with the carrier should be avoided. However, the analysis of the cellular uptake should be evaluated in the future to assess the greatest candidate. These outcomes contribute to the understanding of the role of carbon nanohorns as gene delivery vectors. Nevertheless, additional derivatives should be tested for a fully comparison with carbon nanotubes.
XXVII Ciclo
1986

Gas sensors can be found in many activities ranging from environment protection, risk prevention, agriculture and even in food, chemical, and petrochemical industries. There exist different technologies for gas sensors depending on the transduction mechanism: mass-sensitive, optical, calorimetric, magnetic, electrochemical and conductometric. In this work, conductometric (or resistive) gas sensors are studied. Conductometric devices base its operating principle on the variation of the electrical conductivity (resistivity) or conductance (resistance) of a reactive (active) material interacting with gas. A chemical reaction between the active material (surface or bulk) and the gas occurs. This reaction induces a variation on some electrical property of the material resulting in a change on the electrical signal (conductivity or resistivity of the active material) of the sensor. Therefore, the sensor material should be compatible with the mentioned properties above. A carbon based material was chosen to be the reactive compound for the conductometric sensors. This material, a specific type of carbon nanofibers (CNFs), shares some suitable properties with other trendy carbon based materials such as carbon nanotubes or graphene. Conductometric gas sensors usually are composed of two main parts: the already mentioned reactive material and the heater device. The heater is required in order to stabilize the temperature of operation and to activate a desired chemical reaction. Unfortunately, despite the efforts to improve the heater technology, this component is still the most power demanding part of the overall device. The here studied sensors have been characterized with a heater device, but also alternative energy sources and other sensing strategies have been tested in order to reduce the energy cost. Among these, the use of ultraviolet and visible light sources were tested in order to modulate the sensor properties. In addition, another non-common strategy was used to operate the sensor: the so called self-heating effect (or Joule effect). To obtain the electrical signal of a sensor, the reactive material have to be scanned, usually a current (or voltage) is applied to the sensor, then, the voltage (or current) is read. If the probing magnitude is increased, the power dissipation through the sensing material, and its temperature, also increases. Therefore, the sensor could be operated without a heater device with a considerable reduction of its power consumption. Moreover, the self-heating also allows reducing the fabrication complexity, as there is no need of the heater element. In summary, the main objective of this work was to characterize the CNFs as a reactive material for conductometric sensors for low cost applications. First, the CNFs properties (electrical, mechanical, response to light and gases) were screened with the aim to assess the applicability of the sensing material (O. Monereo et al., 2013, Flexible sensor based on carbon nanofibers with multifunctional sensing features). Then, the sensor was tested with the use of temperature modulation (S. Claramunt et al., 2013, Flexible gas sensor array with an embedded heater based on metal decorated carbon nanofibres). At this point, a more detailed characterization of the gas sensing properties with O2, H2O, NO2 and NH3 was conducted. Then, the use of continuous self-heating operation (O. Monereo et al., 2015, Self-heating effects in large arrangements of randomly oriented carbon nanofibers: Application to gas sensors) and pulsed self-heating application (O. Monereo et al., 2016, Self-heating in pulsed mode for signal quality improvement: application to carbon nanostructures-based sensors) were found to be efficient methodologies to modulate the sensing characteristics of sensor devices, based on large arrays of nanostructures. Among the benefits achieved, the sensor presented improvements on stability, specificity, the detection time modulation, all along the simplification of device fabrication and the reduction of the power consumption. Finally, the phenomenon of self-heating in carbon nanofibers and its origin was studied (O. Monereo et al., 2016, Localized self-heating in large arrays of 1D nanostructures). In addition, the use of ultraviolet and visible light as alternative energy sources was also assessed and compared with the self-heating operation. Finally, the applicability of self-heating was also tested in graphene based (reduced graphene oxide) and metal oxide based (ZnO) devices to test the applicability of self-heating in other relevant sensing materials.
El objetivo principal de esta tesis es la caracterización de las nanofibras de carbono (CNFs) como material reactivo para sensores resistivos de gas para aplicaciones de bajo consumo. Primero, las propiedades eléctricas, mecánicas y respuesta a luz y gases de las CNFs fueron evaluadas para comprobar la aplicabilidad del material sensor (O. Monereo et al., 2013, Flexible sensor based on carbon nanofibers with multifunctional sensing features). Posteriormente, la respuesta del sensor a gases fue estudiada con modulación de temperatura (S. Claramunt et al., 2013, Flexible gas sensor array with an embedded heater based on metal decorated carbon nanofibres). En este punto, una caracteritzación más detallada de la respuesta del sensor a gases modulados con temperatura se realizó con O2, H2O, NO2 y NH3. A continuación, el uso de la metodología de auto-calentamiento continuo (O. Monereo et al., 2015, Self-heating effects in large arrangements of randomly oriented carbon nanofibers: Application to gas sensors) y pulsado (O. Monereo et al., 2016, Self-heating in pulsed mode for signal quality improvement: application to carbon nanostructures-based sensors) han sido probados como formas energéticamente eficientes para modular la respuesta de sensores basados en grandes matrices de CNFs. Entre los beneficios encontrados, consta una mejora de la estabilidad, especificidad, la modulación del tiempo de detección; todo añadiendo la simplificación de la fabricación. Finalmente, el origen del fenómeno de auto-calentamiento en CNFs fue estudiado en detalle (O. Monereo et al., 2016, Localized self-heating in large arrays of 1D nanostructures). Además, la aplicabilidad de la metodología fue también probada en nanotubos de carbono, óxido de grafeno reducido y nanohilos de óxido de zinc. Finalmente, el uso de luz ultraviolada y visible ha sido estudiado como a energías alternativas para la modulación de los sensores de gases de CNFs.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales
La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de compuestos poliméricos de polipropileno (PP) con nanoestructuras de carbono, mediante mezclado en fundido. El interés principal radica en el desarrollo de materiales multifuncionales que presenten conductividad eléctrica, estabilidad térmica y elevadas propiedades mecánicas, para igualar o superar las propiedades de los nanocompuestos de PP con nanotubos de carbono (CNT), bajo las mismas condiciones de procesamiento, y de este modo poder obtener materiales económicamente más competitivos. Por tal razón, el objetivo de la tesis es analizar el efecto del tipo de estructura de carbono (CNT, grafito (G) y óxido de grafeno térmicamente reducido (TrGO)) sobre las propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas de nanocompuestos de PP. Además, se estudia el efecto de un tratamiento térmico de recocido y de adicionar una segunda nanopartícula, sobre el desempeño de los nanocompuestos. Los resultados indican que la conductividad eléctrica depende fuertemente del tipo de relleno utilizado, lográndose obtener valores de conductividad eléctrica del orden de 10-3 S/m a concentraciones de sólo 2 y 4% en vol. de CNT o TrGO, respectivamente, mientras que en compuestos de PP con G, una conductividad similar se logra con concentraciones de 20% en vol. Del mismo modo, la estabilidad térmica de los nanocompuestos (a bajas concentraciones) es por lo menos 50 ºC superior que los microcompuestos con G. El módulo de Young de los compuestos bajo tracción se incrementó sustancialmente en relación al PP, para todas las partículas a base de carbono, mientras que la ductilidad disminuyó. Los resultados reológicos bajo condiciones de corte oscilatorio en estado fundido, mostraron que los materiales experimentan una transición de líquido a sólido en una concentración umbral que depende fuertemente del tipo de relleno usado, por ejemplo: 5% en vol. de CNT, 4% en vol. para TrGO, y 20% en vol. para G. Mediante un tratamiento térmico de recocido a los compuestos en estado fundido, la conductividad eléctrica se puede incrementar varios órdenes de magnitud, aunque depende del tipo de relleno y su concentración. Sin embargo, la estabilidad de los compuestos térmica no se ve afectada por el recocido. La conductividad eléctrica, estabilidad térmica y viscosidad de los compuestos de PP/TrGO puede incrementarse por la adición de CNT, obteniendo materiales híbridos con bajas concentraciones de CNT (que no superan el 1.5% en vol.), los cuales poseen propiedades superiores a las mezclas binarias, lo que se traduce en un ahorro económico significativo y facilidad en el procesamiento de este tipo de compuestos. Se estableció que las propiedades finales de un material nanocompuesto dependerán no sólo de la morfología del relleno, sino también del tamaño y el estado de dispersión dentro de la matriz.

Tuberculosis is a leading killing disease worldwide with more than 9 million people a ected per year. Current diagnostic methods exhibit several disadvantages; one of the most promising alternatives to overcome this is the development of nanostructured diagnostic systems which are able to detect molecules associated with certain diseases. Graphene since its discovery has been the focus for the development of these sensing elements due to its excellent electronic properties. In this work, a graphene-based eld e ect transistor (FET) has been developed for tuberculosis DNA detection, in order to set the basis for a diagnostic method that overcomes current limitations. The sensing elements composed of graphene monolayers were manufactured in the stages of annealing of the substrate, addition of the linker and functionalization with the addition of a probe DNA for tuberculosis detection. Additionally, two conditions for the sensing element were generated; one with the addition of a complementary DNA sequence (\DNA Target") and the other with a mismatched DNA sequence (\Non-complementary DNA"). The graphene and the transistor, in each stage of the manufacturing process, were structural, chemical and morphologically characterized by Raman Spectroscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Optical Microscopy, Laser Scanning Microscopy (LSM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The results indicated an appropriate functionalization of the graphene surface with the linker, the immobilization of the probe tuberculosis DNA and the hybridization with the corresponding \DNA Target", demonstrated by observation of di erent homogeneous morphologies and an appropriate increase in the roughness in each stage of the manufacturing process. Also by the presence of characteristic peaks of nitrogenous bases and in the variation of graphene bands in the Raman spectrum. On the contrary, the sensor element with the \Non-complementary" showed an agglomeration of the molecules and segregation of salts on a heterogeneous surface. The results of the characterization are consistent with the electronic characteristics previously determined. This investigation contributes to a basis for the development of a tuberculosis detection system based on nanotechnology for clinical application.
La tuberculosis es una de las principales enfermedades mortales en todo el mundo, con más de 9 millones de personas afectadas por año. Los métodos de diagnóstico actuales presentan varias desventajas; una de las alternativas más prometedoras para superar esto es el desarrollo de sistemas de diagnóstico nanoestructurados que son capaces de detectar moléculas asociadas con ciertas enfermedades. El grafeno desde su descubrimiento ha sido un foco para el desarrollo de estos elementos sensores debido a sus excelentes propiedades electrónicas. En este trabajo, se ha desarrollado un transistor de efecto de campo basado en grafeno (FET) para la detección del ADN de la tuberculosis, con el fin de sentar las bases para un método de diagnóstico que supere las limitaciones actuales. Los elementos sensores compuestos de monocapas de grafeno se fabricaron en las etapas de recocido del sustrato, adición del linker y funcionalización con la adición de un probe ADN para la detección de tuberculosis. Adicionalmente, se generaron dos condiciones para los elementos de detección; uno con la adición de una secuencia de ADN complementaria (“DNA Target") y el otro con una secuencia de ADN no complementaria (“Non-complementary DNA"). El grafeno y el transistor, en cada etapa del proceso de fabricación, se caracterizaron estructural, química y morfológicamente por Espectroscopia Raman, Espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), Microscopia óptica, Microscopia de Láser de Barrido (LSM), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Los resultados indicaron una funcionalización apropiada de la superficie del grafeno con el linker, la inmovilización del probe ADN de tuberculosis y la hibridación con el correspondiente “DNA Target", demostrado por la observación de diferentes morfologías homogéneas y un aumento apropiado de la rugosidad en cada etapa del proceso de fabricación. También por la presencia de picos característicos de bases nitrogenadas y en la variación de las bandas de grafeno en el espectro Raman. Por el contrario, el elemento sensor con el “Noncomplementary DNA" mostró una aglomeración de moléculas y segregación de sales sobre una superficie heterogénea. Los resultados de la caracterización son consistentes con las características electrónicas previamente realizadas. Esta investigación contribuye a dar una base para el desarrollo de un sistema de detección de la tuberculosis basado en la nanotecnología para uso clínico.
Tesis

La presente tesis es el resultado del estudio de la síntesis de compuestos de polianilina (PAni) con nanoestructuras de carbono para su aplicación en músculos artificiales y electrodos de supercondensadores. Las nanoestructuras que se emplearon en los compuestos de PAni son nanotubos de carbono multicapa (MWCNT), nanotubos de carbono multicapa dopados con nitrógeno (CNx-MWCNT), nanotubos de carbono multicapa funcionalizados con grupos oxigenados (COx-MWCNT) nanotubos de carbono multicapa exfoliados (exMWCNT), nanofibras de carbono de listones grafíticos helicoidales (HR-CNF) y óxido de grafeno (GO). Antes de abordar el trabajo experimental, se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica acerca del estado del arte de la PAni, las nanoestructuras de carbono empleadas, los compuestos de PAni y la utilización de estos materiales como músculos artificiales y electrodos de supercondensadores. Más adelante se muestran y discuten los resultados experimentales de la síntesis de los compuestos de PAni mediante un método mecánico, al principio (utilizando únicamente MWCNTs y CNx como cargas), y después utilizando la polimerización interfacial in situ. Se analiza la dispersión de las cargas en la matriz polimérica así como su efecto en la conductividad eléctrica de los compuestos. En la sección correspondiente al empleo de los compuestos de PAni como músculos artificiales se describe la construcción de actuadores lineales (constituidos de polvos de compuestos aglomerados con acetato de polivinilo) y actuadores flexionantes bicapa (de compuestos procesados con N-metil-2-pirrolidona) así como el efecto de cada nanoestructura de carbono en el accionamiento de estos dispositivos. Además de los experimentos de accionamiento, a las películas de compuestos de PAni (procesada con NMP) se les realizó una caracterización termomecánica. En el capítulo siguiente se discuten los resultados experimentales sobre la utilización de películas de compuestos de PAni (procesadas con NMP) como electrodos de supercondensadores. Además de las pruebas de voltamperometría cíclica y de carga/descarga (típicas en aplicaciones electroquímicas) se realizó una caracterización termogravimétrica a los compuestos junto a una caracterización termomecánica. Se describe con detalle el efecto de las nanoestructuras de carbono en las propiedades electroquímicas y mecánicas de los electrodos de compuestos de PAni. Las conclusiones más importantes se compendian en un capítulo al final de esta memoria. La bibliografía empleada se lista al final de cada capítulo.

A alta sensibilidade e a reprodutibilidade de sinal são características de dosímetros luminescentes opticamente estimulados, que instigam seu uso no controle da qualidade e dosimetria in vivo em Radioterapia. Nesse trabalho, amostras de Al2O3, Al2O3 (1%C) e Al2O3 com diferentes concentrações de terras-raras e de nanoestruturas de carbono foram estudadas para aplicação em Radioterapia. As amostras foram obtidas pelo processo manual de mistura e maceração e inseridas em cápsulas transparentes, com exceção do material Al2O3 (1%C), que foi obtido na forma de pastilhas. Os sinais OSL para todos os materiais testados apresentaram crescimento de resposta com a dose de radiação. A concentração de 0,02% apresentou maior intensidade de sinal para todos os materiais inseridos na alumina, com exceção do carbono grafite (1%). Os materiais foram caracterizados por diferentes técnicas, para análises espectroscópicas e estruturais. A sensibilidade OSL do material Al2O3 (1%C) foi investigada para feixes de elétrons de 5 a 12 MeV, para feixe de fótons de 6 MV e para uma fonte de Irídio-192. Diferentes características dosimétricas OSL dos materiais Al2O3 (0,02%Eu), Al2O3 (0,02%Tb), Al2O3 (0,02%ntC), Al2O3 (0,02%npC) foram investigadas para feixes de fótons de 50 kVp, de 6 MV e para uma fonte de Irídio-192, em um amplo intervalo de doses. Todos os materiais apresentaram reprodutibilidade de sinal OSL (desvios menores que 1%) e homogeneidade de resposta em grupo de até ±95% (conferida para o dosímetro de Al2O3 (0,02%ntC). Todos os materiais estudados apresentaram sensibilidade satisfatória para doses de interesse clínico. Amostras OSL de Al2O3 (1% C), Al2O3 (0,02%ntC) e Al2O3 (0,02%npC) foram utilizadas para um estudo piloto de dosimetria in vivo em Radioterapia. A dosimetria in vivo sugere o possível uso dos dosímetros na rotina clínica em Radioterapia, através do estabelecimento de um protocolo de medidas, calibrações para cada feixe e energia utilizada e controle do sistema de planejamento utilizado para os cálculos de dose.
High sensitivity and signal reproducibility are characteristics of optically stimulated luminescent dosimeter, instigating it use in quality control and in vivo dosimetry in Radiotherapy. In this work, samples of Al2O3, Al2O3 (1%C) and Al2O3 with different concentrations of rare-earth and carbon nanostructures, have been studied and developed for application in Radiotherapy. Samples were obtained by manual mixing and maceration and inserted into transparent capsules, except those of Al2O3 (1%C) which were produced as pellets. The OSL signals for all tested materials showed increasing response with radiation dose. The 0.02% concentration showed the highest signal intensity for all materials inserted into alumina, with exception to carbon graphite (1%). Materials were characterized by various techniques, through spectroscopic and structural analysis. The OSL sensitivity of Al2O3 (1%C) was investigated for electron beams from 5 to 12 MeV, 6 MV photons and an Iridium-192 source. Different dosimetric characteristics of some OSL materials Al2O3 (0.02%Eu), Al2O3 (0.02%Tb), Al2O3 (0.02%ntC), Al2O3 (0.02% npC) were investigated for photons beams of 50 kVp and 6 MV and a source of Iridium-192, in a wide dose range. All materials showed reproducibility of OSL signal (deviations less than 1%) and response homogeneity up to ± 95% (conferred for the dosimeter Al2O3 (0.02%ntC). All studied materials showed satisfactory sensitivity. Samples of Al2O3 (1%C), Al2O3 (0.02%ntC) and Al2O3 (0.02% npC) were used in a in vivo dosimetry pilot study in radiotherapy. The in vivo dosimetry performed with the developed OSL dosimeters suggest its possible use in clinical practice in Radiotherapy by establishing a measure protocol, calibrations for each beam and energy used and control of the planning system used for dose calculations.

Ingeniera Civil Química
El avance tecnológico y científico ha promovido la fabricación de materiales inteligentes , capaces de recibir información de su entorno, interpretarla y, así, cambiar sus funcionalidades de acuerdo a su propósito pre-determinado. Destacan en este grupo los polímeros con Memoria de Forma SMP, que pueden memorizar cierta geometría por deformación y recuperar su forma original, por medio de un estímulo sin contacto y sin la necesidad de intervención mecánica directa. Los SMP representan una opción económica y versátil, respecto de otros materiales. Se pueden potenciar sus propiedades y funcionalidades añadiendo nanopartículas, donde destacan los nanorellenos con base de carbono. Específicamente nanotubos de carbono CNT y grafeno, dada la gran variedad de aplicaciones en que estos materiales pueden ser utilizados. El objetivo general de esta investigación de tesis es caracterizar el efecto de la Memoria de Forma (SME de la matriz SMP), midiendo la recuperación de su forma original, como, así también, la incidencia de la concentración y el tipo de nanopartículas bajo los estímulos térmico y lumínico. Las muestras fueron preparadas, por medio de mezclado en fundido, donde la matriz elegida fue el co-polímero etileno-buteno, EngageTM, y los rellenos CNT comercial y Óxido de Grafeno Térmicamente Reducido TrGO, sintetizado según el método Hummers. El resultado principal es que todos los compósitos preparados alcanzaron una recuperación completa. En el caso de la estimulación térmica, la adición de carga aumentó el tiempo de recuperación de Memoria de Forma hasta en 2 [min], con respecto al SMP puro. Esto habla del detrimento que la rigidez del compósito causa sobre su recuperación. Sin embargo, en el caso de la estimulación lumínica, la adición de carga disminuyó el tiempo de recuperación hasta 6 [min] con respecto al SMP puro. Este resultado realza el poder de absorción de luz IR que brindan al SMP los rellenos sensibles a esta luz, CNT y TrGO. Además, comparativamente, el rendimiento del CNT como relleno superó al rendimiento del TrGO, en cuanto a SME (fue 1 [min] más rápido). Puesto que las recuperaciones obtenidas fueron completas, el EngageTM y sus compósitos estudiados poseen un gran potencial para el amplio rango de aplicaciones que disponen, sin mencionar que responden a estímulos originales, que amplían el rango de aplicaciones.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico
La producción, uso de solventes orgánicos y la contaminación asociado a estos han ido creciendo durante los últimos años debido al crecimiento de las industrias que hacen uso de estas sustancias. Los solventes orgánicos son responsables de una gran cantidad de efectos adversos para la salud de las personas, por lo que es necesario controlar la contaminación proveniente del uso de estas sustancias. Por este motivo, se emplea el uso de sensores capaces de captar solventes orgánicos y entregar información. Entre los materiales que se utilizan para este fin, están los compósitos poliméricos conductores (CPC), que varían su resistencia eléctrica ante la presencia de solventes orgánicos. En este trabajo, se compara el efecto de la cristalinidad entre matrices de PEBDL y ENGAGE®, se confeccionan CPC en base a ENGAGE® y nanotubos de carbono con distintos contenidos de relleno y se preparan nanocompósitos poliméricos de ENGAGE® con TrGO y MWCNT con el objetivo de estudiar el efecto del grado de cristalinidad, el tipo de nanoestructuras de carbono y la concentración de estos sobre los mecanismos de difusión de solventes orgánicos en nanocompósitos poliméricos que puedan ser utilizados potencialmente como sensores resistivos. En cuanto al efecto de la cristalinidad en la difusión de solventes comparando el ENGAGE® con polietileno de baja densidad lineal (PEBDL), se observa que, a mayor porcentaje de cristalinidad, menos es la difusión de un solvente en la matriz polimérica. Respecto al alcance que tiene el contenido de nanotubos de carbono en la difusión de solventes, se logra apreciar que la concentración de nanotubos afecta la difusión de un solvente en un nanocompósito y que la presencia de nanotubos de carbono repercute en la sensibilidad de un polímero ante la presencia de un solvente orgánico determinado. Al analizar cómo afecta el tipo de relleno utilizado en un nanocompósito en la difusión de solventes orgánicos, se observa que la afinidad entre el relleno y el solvente tiene efectos en el comportamiento difusivo del solvente. A menor afinidad relleno/solvente, mayor será la difusión. Estudiando la respuesta eléctrica de un CPC ante la presencia de solventes orgánicos, se observa que, a menor contenido de relleno, mayor es la sensibilidad del nanocompósito ante la presencia de solventes orgánicos. Por último, se confecciona un modelo matemático que busca replicar el comportamiento experimental respecto a la variación de la resistencia eléctrica del nanocompósito expuesto a solventes orgánicos. Se obtuvo que, entre más próximo se esté del umbral de percolación, el modelo más se ajustaba a los datos experimentales. Como conclusiones generales, es posible comprender los fenómenos que afectan las propiedades eléctricas de un CPC al ser expuesto a un solvente orgánico a través del estudio del comportamiento difusivo de este último, ya sea a través del coeficiente de difusión como a través de los parámetros cinéticos que caracterizan el movimiento de un solvente a través de un nanocompósito. Por último, los nanocompósitos de ENGAGE®/MWCNT presentan las características necesarias para poder ser utilizado como sensor de solventes orgánicos.

Los nanomateriales de carbono como son los tubos, los puntos cuánticos, el grafeno, los fullerenos, entre otros, tienen gran importancia tecnológica por sus propiedades, eléctricas y ópticas, así como por la formación de materiales compuestos con propiedades mecánicas mejoradas. Por mucho tiempo los nanomateriales han sido preparados por diversas rutas, tanto físicas como químicas. En este trabajo se presenta a la molienda mecánica como una técnica adecuada para la generación de nanomateriales de carbono. En este capítulo se describen los fundamentos teóricos y los detalles técnicos de la molienda mecánica involucrados en la obtención de nanomateriales. Adicionalmente se presenta la obtención de nanopartículas de carbono utilizando electrodos de pilas recuperadas, a través de molienda mecánica de alta energía.