El desarrollo de nuevos materiales es de vital importancia para el avance tecnológico, en las áreas tales como semiconductores, óptica, electrónica y biomédicas. Una ruta para la síntesis de estos nuevos materiales es lo que se denomina como biomimética. Los seres vivos en condiciones ambientales de presión y temperatura producen materiales inorgánicos con características muy específicas. Este proceso se conoce como la biomineralización donde la presencia y participación de algunos biopolímeros determina la morfología, orientación cristalina y la fase cristalina de las estructuras utilizadas para sus distintos usos por estos seres vivos. El estudio y su posterior desarrollo de materiales bioinspirados tendrán un fuerte impacto a nivel tecnológico. Se ha estudiado en esta tesis el efecto de diferentes grupos funcionales contenidos en algunos biopolímeros, usados como agentes mineralizadores, sobre la cristalización in Vitro de carbonato de calcio. Todos los aglomerados de carbonato de calcio obtenidos fueron caracterizados por microscopia electrónica de barrido y difracción de rayos X. No fue posible realizar la caracterización de los aglomerados obtenidos al usar mezcla de Quitosano/Alginato (Qui/Alg) por difracción de rayos X; en su remplazo se utilizó espectrofotometría infrarroja. Se utilizaron quitosano, (Qui), gelatina (Gel), alginato, (Alg) y κ-carragenato (Carr) en solución y/o liofilizado además de mezclas liofilizadas de Qui/Alg con diferentes composiciones como agente mineralizador. Se obtuvieron aglomerados de carbonato de calcio en las que coexisten los polimorfos calcita y vaterita al usar como agente mineralizador alginato, quitosano y/o mezclas de Qui/Alg liofilizadas. Al usar las mezclas Qui/Alg liofilizadas se obtuvieron los polimorfos aragonita y carbonato de calcio hexahidratado. También se obtuvieron aglomerados de calcita con orientaciones cristalográficas diferentes a las normalmente observadas, ademas calcitas y vaterita con morfologías no informadas en la literatura anteriormente. Por otra parte se realizó la modificación química del Qui con el fin de aumentar e incorporar nuevos grupos funcionales a este biopolímero y estudiar su efecto en la cristalización de carbonato de calcio. Se sintetizaron sulfato de quitosano y quitosano injertado con poli acido acrílico (PAA) o poliacrilamida (PAAM) y se estudiaron sus efectos sobre la cristalización de carbonato de calcio. Además se prepararon mezclas de PAAM y Qui con el fin de comparar su comportamiento en la cristalización de carbonato de calcio con los quitosanos modificados. Los resultados obtenidos muestran que al realizar la cristalización de carbonato de calcio en presencia de sulfato de quitosano se obtiene cristales de calcitas modificados debido al mayor crecimiento de un plano específico. El uso de Qui injertado con PAA como agente mineralizador genera aglomerados de carbonato de calcio con una morfología toroidal la que no ha sido reportada anteriormente. Cuando se utilizó como agente mineralizador el Qui injertado con PAAM se obtuvo cristales de sulfato de calcio. Esto se debe al uso de persulfato de potasio como iniciador en la reacción de injerto. Los iones sulfatos generados por la descomposición del persulfato de potasio se asocian selectivamente con los grupos amidos de la PAAM y como consecuencia se produce la cristalización de sulfato de calcio. Además, se utilizaron películas hibridas órgano-inorgánicas como agente mineralizador para el estudio de cristalización de carbonato de calcio. Estas películas fueron preparadas mediante el método sol-gel, donde el componente orgánico es Qui y la contraparte inorgánica proviene de la hidrólisis de tetraetilortosilicato (TEOS) o (3-aminopropil) trietilsilano (APS). Como era de esperar, las diferencias estructurales de ambos silicatos modificaron el entorno en que cristalizan las sales de calcio. Todas las mezclas híbridas produjeron calcita. Las morfologías de calcitas obtenidas son diferentes a lo observado normalmente al usar el híbrido Qui/TEOS/QuiS como agente mineralizador. Las mezclas híbridas Qui/TEOS generaron calcitas laminares y vateritas esféricas, mientras mezclas híbridas de Qui/PAPS y Qui/APS/QuiS produjeron aglomeraciones de aragonitas con forma de rosetas.

El presente estudio consiste en el análisis datos que provienen de un mortero de cal aplicado como recubrimiento en el adobe, a cuyo sistema se midió las tensiones de corte que actuaban en la superficie de contacto entre el mortero y el adobe. El mortero fue preparado en distintas composiciones, variando la cantidad de arena agregado a la cal para elaborarlo, la que fue desde 2 a 7 partes de arena por cada parte de cal. El objetivo fue entregar la información necesaria para el diseño de una estructura o elemento que requiera de una probabilidad de resistencia y una tolerancia establecida para dicha probabilidad. Así, se determinaron las dispersiones de parámetros de las distribuciones de probabilidad que mejor caracterizan el sistema, mediante el uso de la matriz de información de Fischer y/o simulaciones, además de la cantidad de ensayos (o simulaciones) a realizar para obtener dicha propiedad con una probabilidad y tolerancia dadas. Dicha tolerancia debe ser menor o igual a la dispersión obtenida para F. En general, se obtuvieron parámetros para cada composición estudiada, y en todos los casos se encontró aplicable una distribución de Weibull de 3 ó 4 parámetros. Además, se encontró en todos los casos una distribución alternativa capaz de representar los datos, cuyos resultados de las pruebas de bondad de ajuste fueron mejores que para la distribución de Weibull. Sin embargo, se descartan dichas distribuciones dado que carecen de sentido físico. Las fórmulas y resultados obtenidos de las dispersiones de probabilidad de falla, permiten diseñar elementos con una cierta probabilidad de falla y, a su vez, una cierta dispersión de probabilidad. Esto implica diseñar un experimento con una cantidad determinada de ensayes, así como también definir superficies de contacto (en este caso), para obtener las propiedades deseadas. Se presenta en el presente estudio un ejemplo de aplicación en que se verifica que la cantidad de ensayos a realizar para obtener resultados esperados de acuerdo a una cierta tolerancia en la probabilidad de falla es demasiado alta. Es por esto que se recurre a una herramienta tan necesaria como la simulación, que permite simular miles de ensayos para luego estudiarlos.

El trabajo de tesis doctoral que se presenta a continuación tiene como objetivo el estudio de las reacciones participantes en el proceso del reformado catalítico, utilizando principalmente las reacciones de descomposición de metanol y desplazamiento de agua sobre catalizador de cobre soportado en óxido de circonio (circonia). En este trabajo se considera el uso de herramientas teóricas tales como Energía, Fuerza, Flujo electrónico de reacción, y descriptores derivados desde la teoría de funcionales de la densidad, para comprender la reactividad del catalizador y el soporte frente a las reacciones en estudio y así explicar procesos observados experimentalmente para estos sistemas. En una primera etapa se estudió la reacción de descomposición de metanol utilizando un catalizador modelo de CuO el cual permite establecer el estado de oxidación de la especie activa. Luego, en una segunda etapa del trabajo de tesis, es investigado el soporte considerando las fases monoclínica y tetragonal del óxido de circonio, en la cual no es incluido el catalizador. Luego es evaluado el efecto de ambos polimorfos en la reacción de desplazamiento de agua, lo que nos permite comprender la acción del soporte en el proceso de reformado de metanol. Finalmente, se realiza un estudio con ambas reacciones incorporando el catalizador cobre en el soporte utilizando ambas fases de ZrO2. Los resultados muestran que, cuando hay actividades electrónicas, el Cu tiende a reducir su carga, lo cual indica que Cu debe reducir su carga para que las reacciones ocurran. Por otro lado, el análisis del soporte muestra que el sistema monoclínico presenta interacciones más fuertes, lo cual permite adsorber mejor las especies y así generar intermediarios más estables, mientras que el sistema tetragonal, al no presentar interacciones fuertes, favorece la deshidrogenación. Finalmente, la incorporación del Cu al soporte nos confirma que la especie Cu es reducida para permitir el proceso. Por otra parte, a través del índice dual es posible explicar el proceso de la deshidrogenación, puesto que se propone que las zonas cercanas ricas en cargas negativas, permiten la migración de H a las vecindades del Cu, donde se recombina produciendo H2. Finalmente, se encontró que la incorporación de Ni deja inalterada la acción del catalizador, observándose un comportamiento similar al soporte sin metales. Se concluye que mediante herramientas teóricas es posible comprender procesos complejos como el de las reacciones participantes del reformado de metanol, puesto que nuestros modelos responden de forma satisfactoria observaciones experimentales.

El estudio de materiales compósitos constituidos por una matriz polimérica y un relleno de nanotubos de carbono (NTC) ha concentrado gran interés de investigación, debido a las notables propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que es posible conseguir empleando bajas concentraciones de nanotubos. En este contexto, ha surgido gran interés en los últimos años por el estudio de nanocompósitos híbridos, en los cuales se añade un segundo relleno además de NTC, y en los que ha sido posible presentar propiedades similares a las de un nanocompósito no híbrido, pero con la ventaja de poder emplear concentraciones de NTC aún más bajas. El objetivo del presente trabajo de título consiste en el estudio de las propiedades eléctricas de nanocompósitos de polipropileno (PP) con nanotubos de carbono y partículas inorgánicas (arcilla y cobre), analizando el efecto de las condiciones de su procesamiento (específicamente, tratamiento de recocido). Los nanocompósitos fueron preparados por medio de mezclado en fundido y posteriormente prensados. Los materiales empleados fueron polipropileno, NTC de pared múltiple, arcilla modificada y nanopartículas de cobre, y se utilizó un megóhmetro para llevar a cabo la caracterización eléctrica. Los resultados obtenidos para nanocompósitos PP/NTC muestran un punto de percolación en torno a 4,5%p/p de NTC, con conductividades eléctricas de hasta 10 [S/m] (para 8%p/p NTC). La adición de arcilla como segundo material de relleno en el nanocompósito no produjo aumentos significativos en la conductividad eléctrica. La adición de cobre como segundo material del relleno en el nanocompósito produjo los mejores resultados en cuanto a conductividad eléctrica, disminuyendo el punto de percolación por debajo de 2%p/p NTC y alcanzando una conductividad del orden de 1 [S/m] para 4%p/p NTC y 50%p/p cobre. El tratamiento de recocido mostró ser un método efectivo para aumentar la conductividad eléctrica en nanocompósitos PP/NTC, siendo posible disminuir el límite de percolación hasta 2,5%p/p NTC. En híbridos de cobre, este tratamiento constituyó un método aún más efectivo, disminuyendo el punto de percolación por debajo de 1%p/p NTC, y siendo posible alcanzar valores en el orden de 1 [S/m] (para 4%p/p NTC y 50%p/p cobre). Se concluye finalmente, que tanto el tratamiento de recocido como la incorporación de nanopartículas de cobre constituyen formas efectivas de mejorar la conductividad eléctrica en nanocompósitos de polipropileno y nanotubos de carbono. Los bajos límites de percolación encontrados, principalmente para los híbridos de cobre, abren una amplia gama de opciones de investigación a futuro, en cuanto a forma, tamaño y tipo de material que se añade como segundo relleno, y en cuanto a condiciones de procesamiento para la fabricación del híbrido.

El almacenamiento de contenido en nuestro computador es ineficaz. Frente al problema de encontrar un cierto contenido en el disco duro estamos obligados a recordar nombres de archivos, extensiones y carpetas, los cuales distan mucho de reflejar el verdadero contenido que hay en cada uno de ellos. Una indexación efectiva no solo debe permitir el uso de metadatos altamente específicos al tipo de contenido que se está almacenando, sino también reducir la ambigüedad de conceptos y explicitar las relaciones entre los elementos indexados. En esta memoria de título se propone un sistema de indexación semántica de archivos basado en RDF, aprovechando la flexibilidad de esta forma de representación de metadatos para construir un índice colaborativo de acceso público. Cada archivo es indexado mediante un identificador que se construye a partir de una función de hashing sobre él mismo, el cual es a la vez la URL donde se despliegan la información del contenido y sus relaciones con otros archivos. Se le da especial énfasis a la accesibilidad de la información, contando con interfaces de usuario gráficas así como programáticas para el despliegue y captura de datos. Durante el desarrollo de esta memoria se encontraron muchos obstáculos, los cuales radican principalmente en la baja adopción de tecnologíias de la Web Semántica sobre las cuales se basa el prototipo implementado. De igual importancia que el sistema de indexación antes mencionado, son los documentos y las herramientas que se desarrollaron en el camino para superar estas dificultades. Se buscó ampliamente que el proyecto realizado sirva como una instancia educativa, no solo para el autor de esta memoria de título, sino para todos quienes se interesen en estas áreas de desarrollo. Todas las herramientas desarrolladas se liberaron de forma abierta bajo licencia MIT.

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