Polyethylene is used extensively as an insulating material in high voltage power cables, it is therefore important to understand the behaviour of polyethylene under different conditions. This is a study regarding the relation of heat treatment and the effect of morphological changes on the dielectric properties of polyethylene samples. Polyethylene granulates were pressed to 1 mm thick circular plaque samples that were heat treated differently. The heat treatments were conducted in a vacuum oven. Heat treated samples were tested for morphological changes with Differential Scanning Calorimetry (DSC) and dielectric property changes were studied with an IDAX 300 Dielectric Spectroscopy Analyser and a TREK 30/30 high voltage amplifier, allowing measurements in the frequency range 0.1 mHz – 100 Hz for voltages up to 30 kV. The experimental results were analysed to understand the co-relation among these parameters. A literature review has been conducted on polyethylene morphology to understand their behaviour under different annealing conditions. A phenomenon that has been noticed during the experiments is that the samples swell with annealing; the thickness change effects the dielectric measurements as well. For this reason an extensive study has been conducted on the effect different temperature and time of heat treatment had on the samples. Heat treatment has effects on the properties of polyethylene samples, but the effect of heat treatment was not only on the morphology but also on the physical dimension of the samples. The samples change their thickness with heat treatment along with their morphology. The effect of morphological changes on the dielectric property of polyethylene samples has not been found to be eminent. This study was focused on relatively thicker samples (1 mm) compared to the existent scientific literature (0.1-0.2 mm). There are very limited research literatures available on the relation of morphology and electrical properties of polyethylene; this work is an attempt to contribute to the knowledge. Also the effect of samples swelling with annealing and its effect on electric measurements is not found in existing literatures. This work will also contribute understanding the effect of sample swelling on measurements. / Polyeten används i stor utsträckning som ett isolermaterial i högspänningskablar, och därför är det därför viktigt att förstå beteendet hos polyeten under olika förhållanden. Detta är en studie angående relationen mellan värmebehandling och effekten av morfologiska förändringar av de dielektriska egenskaperna hos polyeten. Polyeten granulat pressades till 1 mm tjocka cirkulära skivor som sedan värmebehandlades olika. Värmebehandlingarna utfördes i en vakuumugn. De värmebehandlade proverna testades för morfologiska förändringar med differentiell svepkalorimetri (DSC) och de dielektriskaegenskaperna studerades med en IDAX 300 Dielektrisk spektroskopi Analysator och en TREK 30/30 högspänningsförstärkare, vilken tillåter mätningar i frekvensområdet 0,1 mHz - 100 Hz för spänningar upp till 30 kV. De experimentella resultaten analyserades för att förstå relationen mellan dessa parametrar. En litteratur har utförts på polyeten morfologi för att förstå deras beteende under olika anlöpningsförhållanden. Ett fenomen som har uppmärksammats under experimenten är att proverna sväller med anlöpningenÄven tjockleken påverkar de dielektriska mätningar. Av denna anledning utfördes en omfattande studie av effekten av olika temperatur och tid för värmebehandling hade på proverna. Värmebehandling har effekter på egenskaperna för polyetenprover, men effekten av värmebehandlingen var inte bara på morfologin, utan också på den fysiska dimensionen av proverna. Effekten av morfologiska förändringar på den dielektriska egenskapen hos polyetenprover har inte befunnits vara framstående. Denna studie var inriktad på relativt tjockare prover (1 mm) jämfört med den existerande vetenskapliga litteraturen (0,1-0,2 mm). Det finns mycket lite litteratur kring relationen mellan morfologi och elektriska egenskaper hos polyeten; detta arbete är ett försök att bidra till kunskapen. Även effekten av provernas svällande efter anlöpning och dess effekt på dielektriska mätningar finns befintliga litteraturen.

Tesis por compendio / [ES] El objetivo de la presente tesis es el de desarrollar y utilizar técnicas basadas en la fotónica de baja frecuencia, como la radiofrecuencia, las microondas y los infrarrojos, para monitorizar de forma no destructiva procesos utilizados en la industria agroalimentaria, desde el punto de vista de la termodinámica irreversible. Estudiar los distintos fenómenos que ocurren durante la operación de deshidratación de patata mediante el secado con aire caliente combinado con microondas, utilizando la termografía infrarroja para monitorizar los perfiles de temperatura superficial que presenta la muestra, la espectrofotometría en el rango de las microondas y la termodinámica irreversible para modelizar el proceso. Desarrollar un sistema de monitorización de la congelación de la carne de pollo, que permita obtener datos del proceso a tiempo real y de forma no invasiva mediante la espectrofotometría en el rango de la radiofrecuencia y la termografía infrarroja. A su vez, con esos datos se modelizará el comportamiento del producto a lo largo del proceso de congelación, utilizando los principios de la termodinámica irreversible para estimar los distintos fenómenos que ocurren. Desarrollar una herramienta de predicción de los distintos estados del agua y la sacarosa durante el proceso de caramelizado de manzanas, basada en las propiedades dieléctricas obtenidas mediante la espectrofotometría en el rango de las microondas. Diseñar y desarrollar un sensor basado en las propiedades dieléctricas en el rango de la radiofrecuencia, capaz de monitorizar en tiempo real y de forma no invasiva con el medio las cinéticas de liberación de compuestos encapsulados en matrices de alginato en un medio líquido. Utilizando este nuevo sensor se pueden modelizar y estudiar las cinéticas de liberación y utilizarse para diseñar la encapsulación de compuestos. / [CA] L'objectiu de la present tesi és el de desenvolupar i utilitzar tècniques basades en la fotònica de baixa freqüència, com ara la radiofreqüència, les microones i els infrarojos, per monitoritzar de forma no destructiva processos utilitzats a la indústria agroalimentària, des del punt de vista de la termodinàmica irreversible. Estudiar els diferents fenòmens que ocorren durant l'operació de deshidratació de patata mitjançant l'assecat amb aire calent combinat amb microones, utilitzant la termografia infraroja per monitoritzar els perfils de temperatura superficial que presenta la mostra, l'espectrofotometria al rang de les microones i la termodinàmica irreversible per modelitzar el procés. Desenvolupar un sistema de monitorització de la congelació de la carn de pollastre, que permeti obtenir dades del procés a temps real i de manera no invasiva mitjançant l'espectrofotometria al rang de la radiofreqüència i la termografia infraroja. Alhora, amb aquestes dades es modelitzarà el comportament del producte al llarg del procés de congelació, utilitzant els principis de la termodinàmica irreversible per estimar els diferents fenòmens que ocorren. Desenvolupar una eina de predicció dels diferents estats de l'aigua i la sacarosa durant el procés de caramel·litzat de pomes, basada en les propietats dielèctrics obtingudes mitjançant l'espectrofotometria al rang de les microones. Dissenyar i desenvolupar un sensor basat en les propietats dielèctrics al rang de la radiofreqüència, capaç de monitoritzar en temps real i de forma no invasiva amb el medi les cinètiques d'alliberament de compostos encapsulats en matrius d'alginat en un medi líquid. Utilitzant aquest sensor nou es poden modelitzar i estudiar les cinètiques d'alliberament i utilitzar-se per dissenyar l'encapsulació de compostos. / [EN] The objective of this thesis is to develop and use techniques based on low-frequency photonics, such as radiofrequency, microwaves and infrared, to non-destructively monitor processes used in the agri-food industry, from the point of view of irreversible thermodynamics. To study the different phenomena that occur during the potato dehydration operation by drying with hot air combined with microwaves, using infrared thermography to monitor the surface temperature profiles of the sample, spectrophotometry in the microwave range and thermodynamics. irreversible to model the process. Develop a monitoring system for the freezing of chicken meat, which allows data to be obtained from the process in real time and non-invasively through spectrophotometry in the radiofrequency range and infrared thermography. In turn, with these data, the behavior of the product will be modeled throughout the freezing process, using the principles of irreversible thermodynamics to estimate the different phenomena that occur. To develop a prediction tool for the different states of water and sucrose during the candying process of apples, based on the dielectric properties obtained by spectrophotometry in the microwave range. Design and develop a sensor based on dielectric properties in the radiofrequency range, capable of monitoring in real time and non-invasively with the medium the release kinetics of compounds encapsulated in alginate matrices in a liquid medium. Using this new sensor, release kinetics can be modeled and studied and used to design the encapsulation of compounds. / The authors acknowledge the financial support from THE SPANISH MINISTERIO DE ECONOMÍA, INDUSTRIA Y COMPETITIVIDAD, Programa Estatal de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad AGL2016- 80643-R, Agencia Estatal de Investigación (AEI) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Juan Ángel Tomás-Egea wants to thank the FPI Predoctoral Program of the Universitat Politècnica de València for its support. This paper is part of the I+D+i PID2020-116816RB-I00 project, funded by MCIN/ AEI/10.13039/501100011033. / Tomás Egea, JÁ. (2022). Fotónica aplicada a la monitorización de procesos y al desarrollo de sensores en la industria agroalimentaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182292 / TESIS / Compendio

Tesis por compendio / [EN] The present work examines the influence of the chemical structure of polymers on thermal, mechanical and dielectric behavior. The experimental techniques used for the purpose are differential scanning calorimetry, dynamo-mechanical analysis and dielectric spectroscopy. Additionally, in order to confirm the results obtained using the above methods, other techniques such as ray diffraction have also been employed. Chapters 1 and 2 contain the introduction and the objectives, respectively. Chapter 3 briefly describes the experimental techniques used. Chapter 4 contains the findings of the comparative analysis of the response to electrical noise fields for three poly(benzyl methacrylates) with different structures. The analysis was carried out under a wide range of frequencies and temperatures on three poly(benzyl methacrylates) containing two dimethoxy groups in positions 2,5-, 2,3- and 3,4-. The results show that the position of the dimethoxy groups on the aromatic ring has a significant effect on the molecular dynamics of poly(benzyl methacrylate). The spectra obtained were of high complexity and therefore, in order to perform a better analysis, numerical methods for time-frequency transformation including the use of parametric regularization techniques were used. We studied the effect of this structural change on the secondary relaxation processes and relaxation process , relating to the glass transition. We also analyzed the effect of the dimethoxy group position on the formation of nanodomains, in which the side chains are predominant, and on the conduction processes of the materials tested. In Chapter 5, the conductivity of rubbery liquids was studied by analyzing poly(2,3-dimethoxybenzyl methacrylate), which exhibits its own particular behavior. The chapter analyzes the principle of time-temperature superposition, employing different interrelated variables. Chapter 6 focuses on how the presence of crosslinking affects the molecular mobility of polymethacrylates containing aliphatic alcohol ether residues. In this case, the effect of crosslinking on the secondary and primary relaxation processes was analyzed. The creation of nanodomains in the side chains as a result of the presence of crosslinking was also studied. / [ES] En este trabajo se presenta un estudio de la influencia de la estructura química de los polímeros en su comportamiento térmico, mecánico y dieléctrico. Las técnicas experimentales empleadas para ello han sido la calorimetría diferencial de barrido, el análisis dinamo-mecánico y la espectroscopia dieléctrica. Adicionalmente, se han empleado otras técnicas como la difracción de rayos, con objeto de corroborar los resultados obtenidos por las primeras. En los Capítulos 1 y 2 se recoge la introducción y los objetivos, respectivamente. El Capítulo 3 presenta una breve descripción de las técnicas experimentales empleadas. En el Capítulo 4 se recogen los resultados obtenidos en el análisis comparativo de la respuesta a campos de perturbación eléctrica en un amplio rango de frecuencias y temperaturas para tres polimetacrilatos de bencilo con dos grupos dimetoxi en posiciones 2,5-, 2,3- y 3,4-. Los resultados obtenidos señalan el importante efecto de la posición de los grupos dimetoxi en el anillo aromático, sobre la dinámica molecular del polimetacrilato de bencilo. Los espectros obtenidos fueron muy complejos, por ello en orden a llevar a cabo un mejor análisis se emplearon métodos numéricos para la transformación tiempo-frecuencia que incluyeron el uso de técnicas de regularización paramétrica. Se ha estudiado el efecto que dicho cambio estructural ejerce tanto sobre los procesos de relajación secundaria como sobre el proceso de relajación α, relacionado con la transición vítrea. Así mismo, se ha analizado el efecto de la posición de los grupos dimetoxi en la formación de iii nanodominios en los que predominan las cadenas laterales, y su efecto en los procesos de conducción de los materiales analizados. En el Capítulo 5 se recoge el estudio de la conductividad de líquidos gomosos tomando como modelo el poli (metacrilato de 2,3-dimetoxibencilo), por su peculiar comportamiento. En este capítulo se ha realizado un análisis del principio de superposición tiempo-temperatura, empleando para ello diferentes variables relacionadas entre sí. En el Capítulo 6 se recoge el efecto de la presencia de entrecruzante en la movilidad molecular de polimetacrilatos que contienen residuos de éteres de alcoholes alifáticos. En este caso, se ha analizado el efecto de la presencia de entrecruzante tanto en los procesos de relajación secundarios, como en el proceso de relajación principal. También se llevó a cabo un análisis del efecto que la presencia de entrecruzante tiene sobre la creación de nanodominios gobernados por las cadenas laterales. / [CA] En aquest treball es presenta un estudi de la influència de l'estructura química dels polímers en el seu comportament tèrmic, mecànic i dielèctric. Les tècniques experimentals utilitzades han sigut la calorimetria diferencial de rastreig, l'anàlisi dinamo-mecànic i l'espectroscòpia dielèctrica. Addicionalment, s'han empleat altres tècniques com la difracció de rajos X a fi de corroborar els resultats obtinguts per les primeres. En els Capítols 1 i 2 s'arreplega la introducció i els objectius, respectivament. Al Capítol 3 es presenta una breu descripció de les tècniques experimentals emprades. En el Capítol 4 es recull els resultats obtinguts en l'anàlisi comparativa de la resposta a camps de pertorbació elèctrica en un ampli rang de freqüències i temperatures de tres polimetacrilats de benzil amb dos grups metoxi en posicions 2,5-, 2,3- i 3,4-. Els resultats obtinguts assenyalen l'important efecte de la posició dels grups metoxi en l'anell aromàtic, sobre la dinàmica molecular del polimetacrilat de benzil. Els espectres obtinguts van ser molt complexos, per aquesta raó per a dur a terme un millor anàlisi es van emprar mètodes numèrics per a la transformació temps-freqüència que van incloure l'ús de tècniques de regularització paramètrica. S'ha estudiat l'efecte que el dit canvi estructural exerceix tant sobre els processos de relaxació secundària com sobre el procés de relaxació , relacionat amb la transició vítria. Així mateix, s'ha analitzat l'efecte de la posició dels grups metoxi en la formació de nanodominis en els que predominen les cadenes laterals, i el seu efecte en els processos de conducció dels materials analitzats. En el Capítol 5 s'arreplega l'estudi de la conductivitat de líquids gomosos prenent com a model el poli-(metacrilat de 2,3-dimetoxibencilo), pel seu peculiar comportament. En aquest capítol s'ha realitzat un anàlisi del principi de superposició temps-temperatura, emprant per a això diferents variables relacionades entre sí. En el Capítol 6 s'arreplega l'efecte de la presència d'entrecreuat en la mobilitat molecular de polimetacrilats que contenen residus d'èters d'alcohols alifàtics. En aquest cas, s'ha analitzat l'efecte de la presència d'entrecreuat tant en els processos de relaxació secundaris, com en el procés de relaxació principal. També es va dur a terme un anàlisi de l'efecte que la presència d'entrecreuat químic té sobre la creació de nanodominis governats per les cadenes laterals. / Carsí Rosique, M. (2015). Molecular mobility. Structure-property relationship of polymeric materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59460 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

The electrical properties of proteins in solution are important for their structure and function. Computational biophysics studies of proteins need accurate parameters to ensure that numerical simulations match physical reality. Past work in this eld has compared the electrical properties of proteins obtained from dielectric spectroscopy to numerical simulations of proteins in water with adjustment of pKa values to try to capture the inevitable changes in electrical conformation that will occur in a complex structure such as a folded protein. However, fundamental veri cation of the charge parameters of the amino acid building blocks in common molecular dynamics software packages with electrical experiments needs to be performed to have increased con dence in the results from numerical simulations. The aim of this thesis is to start from a fundamental building block, the single amino acid alanine, and to compare numerical simulations of this amino acid in water using parameters from commonly used charge structures in CHARMM, GROMOS, and OPLS, with electrical parameters obtained from dielectric spectroscopy experiments in the GHz range. To this end, multiple molecular dynamics simulations were performed to accurately determine how these different charge structures yield different dielectric increments. Additionally, a commercial RF dielectric measurement probe was modi ed to perform measurements on solutions containing alanine at different concentrations. Using regression, the dielectric increment of alanine is readily determined and compared with the numerical simulations. The results indicate that the CHARMM and OPLS parameters seem to adequately capture the charge con guration of alanine in solution, while the GROMOS parameters produce a dielectric increment but do not seem to adequately capture the charge con guration of alanine in solution. These studies lay the foundation for future studies of additional amino acids in solution as well as a stepping stone for larger simulations of the electrical properties of fully solvated proteins in solution.