En la presente tesis se ha realizado un estudio teórico de la formación de nanoestructuras de carbono sobre superficies de catalizadores empleando un método abinitio basado en la teoría DFT (VASP). Para caracterizar distintas formas de interacción entre los adsorbatos y los substratos, se han elaborado varios modelos de superficies y de nanopartículas. Se logró discernir la fase inicial en la obtención de átomos de carbono, a partir del estudio de la reacción de reformado de metano en seco, que luego constituirían las estructuras de carbono tipo grafeno. Una vez obtenido el carbono de la síntesis, se procedió a estudiar su adsorción sobre el substrato, considerando diferentes superficies con defectos y a distintos cubrimientos. Para poder comprender las particula-ridades que gobiernan el proceso de crecimiento del grafeno sobre Pd, se procedió a repetir el estudio sobre Pt y Ni por ser representantes de interacciones grafeno-metal con propieda-des completamente distintas. En este punto se procedió a completar el análisis con las monocapas de grafeno ya forma-das sobre el metal. Los resultados mostraron que las fuerzas de Van der Waals juegan un papel dominante en la adsorción de grafeno en Pd. Los resultados teóricos explican algunas de las particularidades encontradas con imágenes de Microscopia de Alta Resolución, como ser la deformación de las partículas de Pd, el crecimiento de grafeno paralelo a la superficie del metal y la disociación del grafeno de la partícula. Para finalizar vale mencionar que los resultados de espectros vibracionales en la adsorción de especies intermedias de la reacción (CHx, CO) muestran buen acuerdo con resultados experimentales de Espectroscopia Infrarroja. / In this theoretical thesis, ab-initio calculus have been performed in order to study the formation of carbon nanos-tructures on surfaces of catalysts by using a method based on DFT theory (VASP). To characterize different forms of interaction between adsorbates and substrates have been developed several models of surfaces and nanoparticles. We succeded in discern the initial phase in obtaining carbon atoms, from a study of the reaction of dry reforming of me-thane, which constitute the graphene-like carbon structures. Once the carbon is obtained from the synthesis, we procee-ded to study its adsorption on the substrate by considering different surfaces with defects and at various coverages. To understand the characteristics that govern the process of growth of graphene on Pd, we proceeded to repeat the study on Pt and Ni, in order to be representatives of graphene-metal interactions, with completely different properties. At this point we proceeded to complete the analysis of the graphene monolayer already formed on the metal. The results showed that the Van der Waals forces play a dominant role in the adsorption of graphene on Pd. The theoretical results explain some of the features found with images of High Resolution Microscopy, such as the deformation of the Pd particles, the growth of graphene parallel to the metal surface and the dissociation of graphene from the particle. To end, it is worth mentioning that the results of vibrational spectra on the adsorption of intermediates of the reaction (CHx, CO) show a good agreement with experimental Infrared Spectros-copy results.

Después del descubrimiento del grafeno y de sus extraordinarias propiedades electrónicas, la funcionalización química de este material se ha vuelto un foco de especial interés en la química física contemporánea. El objetivo del trabajo que se presenta en esta Tesis es estudiar la interacción entre grafeno y adsorbatos atómicos y moleculares. Esta interacción es modelada con el uso de cálculos ab initio y los resultados son contrastados con otros cálculos ab initio y, en lo posible, con resultados experimentales. El modelado mecano-cuántico es el método computacional más correcto usado en el cálculo de energías y en la predicción de estructuras de equilibrio del estado sólido y de sistemas moleculares. Específicamente, en el marco teórico de la teoría del Funcional de la Densidad se emplearon dos modelos: de cluster y de slab, que utilizan bases localizadas y ondas planas, respectivamente. Complementariamente se realizaron cálculos con la técnica MP2. Primeramente se consideró la interacción de un átomo de hidrógeno con grafeno en el rango de distancias donde predominan las fuerzas dispersivas, pasando luego a estudiar la interacción presente en el sistema Al/grafeno. Para ello se analizó detalladamente la adsorción de un átomo de aluminio sobre una hoja de grafeno perfecta y luego cuando presentan una monovacancia y una divacancia, teniendo en cuenta la magnetización inducida en el grafeno debido a la presencia del defecto. Finalmente se consideró la adsorción de un dímero Al2 sobre una monovacancia y una divacancia. / Since the discovering of graphene and its extraordinary electronic properties, the chemical functionalization of this material has been object of special interest in the contemporary chemical physics. The goal of the work presented in this Thesis is to study the interaction between graphene and atomic/molecular adsorbates. This interaction has been modeled by using ab-initio calculations and the results are tested with other similar calculations and, as possible, with experiments. The quantum-mechanical modeling is the more correct computational method to use in the calculation of energies and in the prediction of the geometrical structures in equilibrium for the solid state and chemical systems. Specifically, two models based on the cluster and slab approaches have been employed in the framework of Density Functional Theory, where localized basis sets and plane waves are used, respectively. Complementary calculations with the MP2 technique have been performed. First, the interaction of one hydrogen atom with graphene in the range of distances where the dispersive forces are predominant has been considered, and afterwards, the interaction present in the Al/graphene system was studied. For that purpose the adsorption of one aluminum atom on a perfect graphene sheet was analyzed in detail and, subsequently, the situation with a monovacancy and a divacancy, taking into account the magnetization induced on graphene due to the presence of such defect. Finally the adsorption of Al2 dimer on the monovacancy and the divacancy was considered.

En esta tesis se han estudiado las propiedades magnéticas en materiales 2D tales como grafeno o siliceno. En primer lugar se analizaron las oscilaciones magnéticas (OM) que ocurren a bajas temperaturas en presencia de un fuerte campo magnético perpendicular. Para el estado fundamental se desarrolló un formalismo general que permite describir las propiedades de las OM, tales como su frecuencia y amplitud, en función de los parámetros externos y las propiedades de los materiales 2D. Se demostró que las características únicas de los sistemas bidimensionales, tales como el comportamiento relativista de los electrones a bajas energías, se ven directamente reflejadas en el per l de las OM. Esto permite mapear sus propiedades mediante un análisis detallado de las oscilaciones en la magnetización. Los efectos de decaimiento, tales como temperatura fi nita o impurezas en el sistema, también son tenidos en cuenta. Para ello se desarrolló un nuevo enfoque, alternativo a la tradicional fórmula de Lifshitz-Kosevich, el cual permite describir en detalle cómo el incremento de los efectos de decaimiento reduce progresivamente los detalles nos en las OM, y por lo tanto la capacidad de extraer información a partir de éstas. Por otra parte, se estudió la formación de momentos magnéticos locales en impurezas metálicas adsorbidas en la red de grafeno. Se analizó cómo la aparición de magnetismo en la impureza depende del sitio de adsorción en la red (top o hollow). A su vez, se estudió la posibilidad de manipular los momentos magnéticos al variar el nivel de Fermi mediante un gate voltage, lo cual puede ser útil para aplicaciones en la espintrónica. / In this thesis we have studied the magnetic properties in 2D materials such as graphene or silicene. First we analyzed the magnetic oscillations (MO) that occur at low temperatures in the presence of a strong perpendicular magnetic led. For the ground state we developed a general formalism which allows to describe the properties of the MO, such as its frequency and amplitude, as a function of the external parameters and the properties of the 2D materials. We showed that the unique characteristics of the two-dimensional systems, such as the relativistic behavior of the electrons a low energies, are directly re ected in the MO pro le. This allows to map its properties through a detailed analysis of the oscillations in the magnetization. The damping e ects, such as nite temperature or impurities in the system, are also taken into account. For that we developed a new approach, alternative to the traditional Lifshitz-Kosevich formula, which allows to describe in detail how the increase in the damping e ects progressively reduce the ne details in the MO, and therefore the capacity to extract information from them. On the other hand, we have studied the formation of local magnetic states in metallic impurities adsorbed in the graphene lattice. We analyzed how the appearance of magnetism in the impurity depends on the site of adsorption in the lattice (top or hollow). Moreover, we studied the possibility of manipulating the magnetic moments by varying the Fermi level through a gate voltage, which can be useful for applications in spintronic.

La detección de moléculas de interés biológico es un tema de gran interés desde el punto de vista de su aplicación en ciencia y medicina. En los últimos años ha sufrido un enorme progreso debido al desarrollo de dispositivos electrónicos basados en materiales carbonosos tales como grafeno o nanopartículas de metales nobles. En particular, resulta de sumo interés poder detectar la molécula de dopamina, importante neurotransmisor que cumple un rol significativo en distintos sistemas del cuerpo humano. El objetivo de la presente tesis es estudiar mediante métodos teóricos las propiedades que caracterizan la adsorción de la molécula biológica dopamina sobre materiales utilizados en sensores de moléculas tales como grafeno, grafeno dopado o metales nobles. Este trabajo se desarrolló en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad. Se implementó utilizando un modelo periódico para representar las superficies sólidas involucradas, considerando diferentes geometrías de adsorción sobre cada sustrato. En el caso del grafeno regular se observó que el enlace adsorbato-sustrato está gobernado por fuerzas de van der Waals, pero en grafeno con monovacancias se encontró asimismo la formación de un enlace puente de hidrógeno y una transferencia de carga electrónica no despreciable desde el grafeno hacia el adsorbato. Por otra parte, en el caso de las superficies de metales nobles se consideraron las caras (111) y (110) de plata y se estudió la adsorción de dopamina y de la especie asociada zwitteriónica sobre dichas superficies. Las energías de adsorción resultan ser de mayor magnitud que en el caso del grafeno, produciéndose una importante transferencia de carga electrónica hacia el metal. El enlace entre la dopamina zwitteriónica y la plata posee un carácter covalente extra que explica que la magnitud de su energía de adsorción es mayor que la de dopamina no zwitteriónica. En forma complementaria y a fin de tener un panorama más amplio de la temática relativa al grafeno como material de sensores, se estudió teóricamente la adsorción de ácido ascórbico y de ácido úrico sobre grafeno regular ya que estas dos moléculas y la dopamina presentan superposición de sus señales durante la detección basada en técnicas electroquímicas. Además, considerando la génesis de las láminas de grafeno que se utilizan en diversos sensores y que implica la reducción del óxido de grafeno, se planteó el modelamiento teórico de la reducción de grupos superficiales epoxi mediante ioduro de hidrógeno. / The detection of biological molecules is a highly interesting subject taking into account its application in science and medicine. In recent years, this field has undergone a large progress due to development of electronic devices based on carbonaceous materials such as graphene and noble metal nanoparticles. In particular, it is of great value to achieve the detection of dopamine molecule, an important neurotransmitter that has a significant role in human body systems. The goal of this thesis is to study theoretically the adsorption of dopamine molecule on sensor materials like graphene, doped graphene or noble metals. This work was performed in the framework of Density Functional Theory. It was implemented using a periodic model to represent the solid surfaces involved, considering different adsorption geometries for each substrate. In the case of regular graphene we found that the adsorbate-substrate bond is governed by van der Waals forces, nevertheless, in graphene with monovacancies the appearance of a hydrogen bond between dopamine and graphene and a non-negligible electronic charge transfer from the substrate towards the adsorbate was also obtained. On the other hand, in the case of noble metal surfaces, we focused on the (111) and (110) faces of silver and the adsorption of dopamine and its associated zwitterionic species on such surfaces was analyzed. The adsorption energies result to be of larger magnitud than on graphene, with a relevant electronic charge transfer being produced towards the metal. The bond between the zwitterionic dopamine and silver shows an extra-covalent character that explains the magnitude of its adsorption energy, the latter being greater than that of non-zwitterionic dopamine. In a complementary way, and in order to have a wider view about graphene as a sensor material, the adsorption of ascorbic acid and uric acid on regular graphene was theoretically studied, because these two molecules and dopamine show overlapping signals during the detection based on electrochemical techniques. Moreover, and taking into account the genesis of graphene layers used in different sensors implying the reduction of graphene oxide, the theoretical modeling of reduction process of surface epoxi groups by means of hydrogen iodide was considered.

Esta investigación tiene como objetivo mejorar las características mecánicas de un muro de albañilería mediate la incorporación de nanoplaquetas de grafeno en el mortero. En este estudio experimental las NPG se dispersaron en el agua de mezcla por medio de la zonificación como método de dispersión. Se realizo un mortero sin NPG y con adición de NPG (0.03%,0.05% y0.10% con respecto al peso del cemento) con una dosificación de 1:3 de cemento: arena y una relación de a/c de 0.80. Se comparo con respecto a la muestra control las propiedades de fluidez, resistencia a compresión del mortero, resistencia a compresión axial en pilas, resistencia a la adherencia a cizalle y resistencia a compresión diagonal en muretes de albañilería. Los resultados mostraron que las propiedades mecánicas de los morteros adicionados con NPG son mejoradas en comparación con la muestra patrón y además la trabajabilidad del mortero se reduce cada vez que se incrementa el porcentaje de NPG. La adición de 0.10% NPG es la que tuvo el valor promedio más alto en resistencia compresión del mortero aumentando en un 38.24% comparándolo con la muestra control. Pero el porcentaje optimo fue de 0.05% NPG, generando el mayor aumento en la resistencia a la compresión axial, adherencia en pilas y muretes de albañilería en un 34.09%, 63.46% y 72.18 % respectivamente comparado con la muestra sin adición de NPG.

El objetivo primordial de esta investigación es evaluar el impacto que genera la adición de un nanomaterial como lo son las nanoplacas de grafeno (NPG), de esta manera con dicha adición se busca lograr mejorar sus propiedades en estado endurecido. A lo largo de la historia se ha visto como se investigan y proponen gran cantidad de adiciones con el propósito de influir positivamente en las propiedades del concreto, es por ello que este nanomaterial tiene grandes expectativas ya que en base a la recopilación hecha tiene el potencial de ser el material del futuro en el sector construcción. Para constatar esto, se adicionó NPG en tres porcentajes respecto al peso del cemento, siendo estos 0.10%, 0.15% y 0.20%; se elaboraron probetas cilíndricas, prismáticas, núcleos y dados de concreto para determinar propiedades tales como la resistencia a la compresión y durabilidad. Respecto al ensayo de compresión las probetas fueron evaluadas a las edades de 7, 14 y 28 días, y para los ensayos de durabilidad se hizo la evaluación a edades de 28 y 105 días de acuerdo con el tipo de ensayo. Al emplear las adiciones se obtuvo como resultado que para la muestra con 0.10% de NPG resistencia a la compresión otorgó un aumento del 7.61% con un Cemento Tipo I y una mejora del 6.24% con un Cemento Tipo V, en la durabilidad ante sulfato de sodio su expansión fue menor a la patrón, en la durabilidad frente a sulfato de magnesio no presentó alteraciones, para la durabilidad ante el desgaste disminuyó en un 0.02% y para la profundidad de penetración de agua también disminuyó en un 1.25%.

[EN] In this Doctoral Thesis, it has been studied the photophysical and photochemical properties of new nanomaterials based on carbon as graphene derivatives (GO, rGO, graphene (N,O)-codoped and graphene reconstituted halogenated) and two different types of carbon nanoparticles (C-dots and C-NOR). These materials have been applied in the photocatalytic hydrogen generation, such as gas sensors and bioimaging techniques. In a first stage the material was characterized with different spectroscopic and microscopic techniques, and subsequently was studied the behavior of these materials as semiconductors. Using the techniques of fluorescence spectroscopy and absorbance transition has been proven generation state of charge separation after excitation. The different strategies used in the modification of graphene are aimed at getting systems with higher lifetimes of charge separation to harness the energy absorbed from light. It has been observed that the lifetime and quantum yield of charge separation is greater in rGO than GO. For graphenes (N,O)-codoped, which were prepared by pyrolysis natural chitosan, has shown that there is a direct relationship between the percentage of dopants and the energy of the conduction band and the quantum yield of charge separation state. In the case of reconstituted graphenes halogenated it has been shown the influence of the nature of the halogen in the generation charge separation. The charge separation lifetime obtained in these materials is in the scale of microseconds which is encouraging for possible application in photocatalysis and optoelectronic devices. For this reason we use these materials as photocatalysts for hydrogen generating from a methanol-water mixture and yields were higher for the sample (Cl)G that were seven times higher than the starting GO. Nanoparticles have been prepared using two different carbon methodologies. In one case they have been used zeolites with different pore size as templates, being those of small pore size with a directing agents with large structure, such as ITQ-29 and ITQ-12, were the most suitable for production of photoluminescent carbon dots. Pyrolysis of structure directing agent of these zeolites results in carbon quantum dots with particle sizes between 5 and 12 nm and photoluminescence quantum yield of 0.4 to that were used as photoluminescent oxygen sensors. Another methodology involves the synthesis of carbon nanomaterials from annealing of a mixture of PTCA and PEG under air atmosphere. Nanoobjects are obtained with height of 2.5 nm and with an average size of 40 nm. The morphology of the C-NOR is similar to an onion formed by concentric circles. These nanoparticles can be internalized in the human carcinoma HeLa cells and Hep 3B and they have interesting photoluminescent properties, in the same way as in solution. They showed a remarkable biocompatibility affecting in a very low way to cell viability to short periods of exposure according to the test MTT. In order to address the possible use of this nanoparticles in bioimaging a complete toxicology study was performed in vitro. It was performed feasibility assessments, proliferation, apoptosis studies generation and oxidative stress experiments after continuous and limited exposure, and also varying concentrations. It was observed that both nanoparticles showed no toxicity in the two situations at low and higher concentration, although some toxicity was determined at higher concentrations under continuous exposure. These results support the potential use of nanoparticles C-NOR and C-NOR(Eu) as bioimaging agents. / [ES] En esta Tesis Doctoral se han estudiado las propiedades fotofísicas y fotoquímicas de nuevos nanomateriales basados en carbono como son los derivados de grafeno (GO, rGO, grafenos (N,O) codopados y grafenos reconstituidos halogenados) y dos tipos diferentes de nanopartículas de carbono (C-dots y C-NOR). Estos materiales se han aplicado en la generación fotocatalítica de hidrógeno, como sensores de gases y en técnicas de bioimagen. En una primera etapa se ha caracterizado el material con distintas técnicas espectroscópicas y de microscopia, y a posteriori se ha estudiado el comportamiento de estos materiales como semiconductores. Mediante las técnicas de espectroscopia de fluorescencia y de absorbancia de transición se ha comprobado la generación del estado de separación de cargas tras su excitación. Las distintas estrategias utilizadas en la modificación del grafeno van dirigidas a conseguir sistemas con tiempos de vida del estado de separación de cargas elevados que permitan aprovechar la energía absorbida de la luz. Se ha observado que el tiempo de vida y el rendimiento cuántico de la separación de cargas es mayor en el rGO que en el GO. Para los grafenos (N,O)-codopados, que han sido preparados por pirólisis del quitosano natural, se ha demostrado que existe una relación directa entre el porcentaje de dopantes y la energía de la banda de conducción y el rendimiento cuántico de la separación de cargas. Para el caso de los grafenos reconstituidos halógenados se ha demostrado la influencia de la naturaleza del halógeno en la generación del estado de separación de cargas. El tiempo de vida del estado de separación de cargas obtenido en estos materiales se encuentra en la escala de los microsegundos lo cual resulta esperanzador para su posible aplicación en fotocatálisis y en dispositivos optoelectrónicos. Por este motivo utilizamos estos materiales como fotocatalizadores para la generación de hidrógeno a partir de una mezcla metanol agua y los rendimientos más altos fueron para la muestra (Cl) G que fueron siete veces más elevadas que el GO de partida. Se han preparado nanoparticulas de carbono empleando dos metodologías distintas. En un caso se han utilizado zeolitas de distinto tamaño de poro como plantillas, siendo las de tamaño de poro pequeño con agentes directores de estructura voluminosos, como la ITQ-29 y ITQ-12, las más adecuadas para obtener puntos de carbono fotoluminiscentes. La pirólisis del agente director de estructura de estas zeolitas da lugar a puntos cuánticos de carbono con tamaños de partícula entre 5 y 12 nm y un rendimiento de fotoluminiscencia cuántica de 0.4 que fueron utilizados como sensores de oxígeno fluorescentes. La otra metodología consiste la síntesis de nanomateriales de carbono a partir de un recocido de una mezcla de PTCA y PEG bajo atmosfera de aire. Se obtiene nanoobjetos de 2.5 nm de altura y con un tamaño medio de 40 nm. La morfologia de los C-NOR es de círculos concéntricos similar a una cebolla. Estas nanopartículas pueden internalizarse en las células de carcinoma humano HeLa y Hep 3B y presentan propiedades fotoluminiscentes interesantes, de la misma manera que en disolución. Demostraron una notable biocompatibilidad afectando de manera poco perceptible a la viabilidad celular a cortos periodos de exposición según la prueba MTT. Con el fin de abordar el posible uso de esta nanopartículas en bioimagen y su toxicidad se realizó un estudio toxicológico completo in vitro. Se realizaron evaluaciones de viabilidad, proliferación, estudios de generación de apoptosis y estrés oxidativo tras la exposición limitada o continua variando las concentraciones. Se observó que ambas nanopartículas no mostraron toxicidad en las dos situaciones a baja concentración, aunque cierta toxicidad se ha determinado a concentraciones superiores bajo exposición continua. / [CA] En aquesta tesi doctoral s'han estudiat les propietats fotofísiques i fotoquímiques de nous nanomaterials basats en carboni com són els derivats de grafè (GO, rGO, grafens (N,O) codopats i grafenos reconstituïts halogenats) i dos tipus diferents de nanopartícules de carboni ( C-dots i C-NOR). Aquests materials s'han aplicat en la generació fotocatalítica d'hidrogen, com a sensors de gasos i en tècniques de bioimatge. En una primera etapa s'ha caracteritzat el material amb diferents tècniques espectroscòpiques i de microscòpia, i a posteriori s'ha estudiat el comportament d'aquests materials com semiconductors. Mitjançant les tècniques d'espectroscòpia de UV-Vis i d'absorbància de transició (T.A.S.) s'ha comprovat la generació de l'estat de separació de càrregues després de la seva excitació. Les diferents estratègies utilitzades en la modificació del grafè van dirigides a aconseguir sistemes amb temps de vida de l'estat de separació de càrregues elevats que permetin aprofitar l'energia absorbida de la llum. S'ha observat que el temps de vida i el rendiment quàntic de la separació de càrregues és més gran en el rGO que al GO. Per als grafenos (N,O)-codopats, que han estat preparats per piròlisi del quitosan natural, s'ha demostrat que existeix una relació directa entre el percentatge de dopants i l'energia de la banda de conducció i el rendiment quàntic de la separació de càrregues. Per al cas dels grafens reconstituïts halogenats s'ha demostrat la influència de la naturalesa de l'halogen en la generació de l'estat de separació de càrregues. El temps de vida de l'estat de separació de càrregues obtingut en aquests materials es troba en l'escala dels microsegons la qual cosa resulta esperançador per a la seva possible aplicació en fotocatàlisi i en dispositius optoelectrònics. Per aquest motiu utilitzares aquests materials com fotocatalitzadors per a la generació de hidrogen a partir de una mescla metanol- aigua y els rendiments mes alts van ser per la mostra (Cl)G que van ser set vegades mes elevades que el GO de partida. S'han preparat nanoparticules de carboni emprant dues metodologies diferents. En un cas s'han utilitzat zeolites de diferent grandària de porus com plantilles, sent les de mida de porus petit amb agents directors d'estructura voluminosos, com la ITQ-29 i ITQ-12, les més adequades per obtenir punts de carboni fotoluminiscents. La piròlisi de l'agent director d'estructura d'aquestes zeolites dóna lloc a punts quàntics de carboni amb mides de partícula entre 5 i 12 nm i un rendiment de fotoluminiscència quàntica de 0.4 que van ser emprats com a sensors d'oxigen fluorescents. L'altra metodologia consisteix en la síntesi de nanomaterials de carbono a partir d'un recuit d'una barreja de PTCA i PEG sota atmosfera d'aire. S'obté nanoobjectes de 2.5 nm d'alçada i amb una longitud mitjana de 40 nm. La morfologia dels C-NOR és de cercles concèntrics similar a una ceba. Aquestes nanopartícules poden internalitzar-se en les cèl·lules de carcinoma humà HeLa i Hep 3B i presenten propietats fotoluminiscents interessants, de la mateixa manera que en dissolució. Van demostrar una notable biocompatibilitat afectant de manera poc perceptible a la viabilitat cel·lular a curts períodes d'exposició segons la prova MTT. Per tal d'abordar el possible ús d'aquesta nanopartícules en bioimatge i la seva toxicitat es va realitzar un estudi toxicològic complet in vitro. Es van realitzar avaluacions de viabilitat, proliferació, estudis de generació d'apoptosi i estrès oxidatiu després de l'exposició limitada o contínua amb diferents concentracions. Es va observar que les dos nanopartícules no van mostrar toxicitat en les dues situacions a baixa concentració, encara que certa toxicitat s'ha determinat a concentracions superiors sota exposició contínua. Aquests resultats donen suport a la possible utilització de nanopartícules C-NOR i C-NOR(Eu) com a agents / García Baldoví, H. (2016). Preparación y propiedades fotofísicas de materiales grafénicos y puntos cuánticos basados en carbono. Aplicaciones en nanotecnología [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68505 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo F Brandenburg.pdf: 3039851 bytes, checksum: 3d4060b133bdc8303497115dadcc063e (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The dispersion of carbon nanoparticles in polymer matrices has been studied by many researchers. This paper used nanoparticles of carbon nanotubes and graphene, in high density polyethylene matrix, making use of solution dispersion and melt dispersion. The solution dispersion used as solvent 1,2 dichlorobenzene and the melt dispersion was performed with torque rheometer. Analysis of Differential Scanning Calorimetry, Thermogravimetry, Size Exclusion Chromatography, Raman Spectroscopy, Infrared Spectroscopy Fourier Transform , analyzes of torque in the melt dispersion, nanoindentation to determine nanohardness and elastic modulus, Vickers hardness, Transmission Electron Microscopy, and Scanning Electron Microscopy with Field Emission. It was found that there was no significant change in melting temperature and crystallization of the nanocomposites. No significant change was identified in thermogravimetric analysis. The results of the elastic modulus demonstrate 22.8% increase in the use of carbon nanotubes for both methods of dispersion. The results obtained in graphene nanocomposites show that the dispersion method directly affects the properties of the nanocomposites. There was a 14% increase in tensile modulus for composites with 1% solution by graphene dispersed and scattered compositions with 5 % in melt dispersion. Analysis of Transmission Electron Microscopy and Scanning Electron Microscopy with Field Emission confirm dispersion states of carbon nanotubes dispersed by fusion , and agglomerated states of graphene in both dispersion processes, with smaller nanoplateletes of the solution dispersion compared to the melt dispersion. Crystallinity index showed similar levels in nanocomposites with carbon nanotubes and differentiated for nanocomposites with graphene, which reduces the degree of crystallinity compared to pure polymer matrix values. / A dispersão de nanopartículas de carbono em matrizes poliméricas tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores. Este trabalho utilizou nanopartículas de nanotubos de carbono e grafenos, em matriz de polietileno de alta densidade, fazendo-se uso de dispersão por solução e dispersão por fusão. A dispersão por solução utilizou como solvente 1,2 diclorobenzeno e a dispersão por fusão foi realizada com reômetro de torque. Foram realizadas análises de Calorimetria Diferencial Exploratória, Termogravimetria, Cromatografia de Exclusão por Tamanho, Espectroscopia RAMAN, Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier, análises de torque na dispersão por fusão, nanoindentação para determinação de módulo de elasticidade e nanodureza, microdureza Vickers, Microscopia Eletrônica de Transmissão e Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo. Verificou-se que não há alteração significativa da temperatura de fusão e de cristalização dos nanocompósitos obtidos. Não foi identificado alteração significativa do comportamento térmico no ensaio de termogravimetria. Os resultados do módulo de elasticidade demonstram aumento de 22,8% na utilização de nanotubos de carbono, para os dois métodos de dispersão. Os resultados obtidos nos nanocompósitos com grafenos demonstram que o método de dispersão interfere diretamente nas propriedades dos nanocompósitos. Houve aumento de 14% no módulo de elasticidade para composições com 1% de grafeno dispersados por solução e para composições com 5% dispersados por fusão. As análises de Microscopia Eletrônica de Transmissão e Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo confirmam estados de dispersão de nanotubos de carbono dispersados por fusão, e estados aglomerados de grafenos em ambos os processos de dispersão, havendo dimensões menores dos nanoplateletes na dispersão por solução, em comparação à dispersão por fusão. Os índices de cristalinidade apresentaram teores semelhantes nos nanocompósitos com nanotubos de carbono e valores diferenciados para os nanocompósitos com grafenos, com redução do grau de cristalinidade em relação à matriz polimérica pura.