En las últimas décadas, el titanio y sus aleaciones se han convertido en una alternativa atractiva para el uso como materiales para implantes y prótesis (implantes dentales, prótesis de rodillas, clavos endomedulares, etc.) por poseer las propiedades de biocompatibilidad, ligereza y de exhibir una buena resistencia mecánica y excelente resistencia a la corrosión. Actualmente una de las áreas de investigación más activas en el campo de los biomateriales es la de tratamientos superficiales sobre titanio, con la finalidad de mejorar la adherencia entre el implante y el hueso. El objetivo del presente trabajo de investigación es la caracterización de la superficie y evaluación de la biocompatibilidad de compuestos nanoestructurados de titanio e hidroxiapatita. La incorporación del titanio con la hidroxiapatita se realizó mediante un proceso de fricción batido (FSP) sobre la superficie del titanio, con diversas concentraciones de hidroxiapatita. La caracterización de la superficie de las probetas se realizó mediante dos métodos: por microscopía electrónica de barrido y perfilometría óptica. La evaluación de biocompatibilidad se realizó mediante ensayos electroquímicos, para evaluar la pasivación del titanio, y ensayo in-vitro para la evaluación de formación de apatita sobre la superficie de las muestras de titanio; ambos ensayos se realizaron a temperatura corporal (37°C). Se complementaron los estudios mediante una evaluación con microscopía electrónica de barrido. Los resultados muestran que es posible fabricar compuestos superficiales de hidroxiapatita pura e hidroxiapatita dopada empleando el método de procesamiento por fricción batido (FSP). Como resultado de los ensayos electroquímicos se observó hidroxiapatita dopada con oxido de silicio presenta el mejor comportamiento ante la corrosión; de la misma manera los ensayos in-vitro evidenciaron una mayor formación de apatita sobre la superficie de las muestras hidroxiapatita dopada. / Tesis

La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos. / Tesis

Estudia las características microestructurales y los efectos de la adición de Ni en tres aleaciones nanoestructuradas a base de Fe, tipo NANOPERM (Fe90Zr7B3, (Fe0.75Ni0.25)90Zr7B3 y (Fe0.50Ni0.50)90Zr7B3). Estas aleaciones son preparadas por mecano-síntesis en dos etapas: en la primera etapa se preparan las aleaciones precursoras Fe0.75Ni0.25 y Fe0.50Ni0.50 a partir de polvos elementales de Fe y Ni por 30 h de mecano-síntesis; en la segunda etapa, las aleaciones nanoestructuradas se obtienen a partir de la mezcla de las muestras precursoras con elementos de Zr y B por 30 h de mecano-síntesis. La evolución estructural de las aleaciones como una función del tiempo de molienda es seguida por difracción de rayos X. El análisis microestructural alrededor de los sitios de Fe se realiza empleando espectroscopia Mössbauer de transmisión del 57Fe. Asimismo, las muestras finales en los tres sistemas son analizados por estructura fina de absorción de rayos X extendidados (EXAFS) en los bordes Kα de los átomos de Fe y Ni. / Tesis

En el presente trabajo de tesis se desarrolla un sistema de detección de resonancia de plasmones superficiales en películas delgadas de oro y plata por interrogación de ángulo. Con este propósito, en esta tesis se explica los fundamentos físicos para la generación de superficies plasmónicas, revisando conceptos básicos como incidencia oblicua, reflexión total interna y onda evanescente. Es importante conocer y establecer que los metales a frecuencias cercanas y alrededor del rango visible presentan dispersión en la permitividad dieléctrica mostrando coeficientes negativos para la permitividad dieléctrica real. Esto establece las condiciones para la generación de una resonancia u oscilación de las cargas libres en el metal cuando una luz con el vector de onda correspondiente incide sobre ella, a esto se conoce como resonancia plasmónica. Esta resonancia plasmónica se puede detectar por interrogación de ángulo o por interrogación de longitud de onda. En la presente tesis, se desarolla el segundo método por longitud de onda, utilizando la configuración de Krestchmann. Por otro lado, en la última década se ha venido aplicando las técnicas de resolución de las Ecuaciones de Maxwell, convencionalmente utilizada sólo hasta la banda milimétrica, en problemas de estructuras plasmónicas en el rango de frecuencias de luz visible. Esto por cuanto todavía se puede despreciar la naturaleza cuantica de la luz en estos casos. Bajo este enfoque se desarrollan en esta tesis modelos simples para estructuras vidrio-­‐película delgada metálica-­‐aire que puedan ser simuladas con métodos computacionales de Electromagnetismo. Finalmente, en esta tesis, se describe el sistema de detección de resonancia plasmónica por longitud de onda, utilizando una fuente de luz blanca, dispositivos ópticos de polarización y enfoque, espectrómetro, y prisma recubierto con película delgada metálica. Este último elemento es el más crítico en el sistema, por cuanto se requiere un espesor óptimo de 50 nm para el oro y la plata. Sin embargo este espesor sólo se puede conseguir con técnicas de sputtering, no habiendo muchas de estas facilidades en nuestro medio. Se pudo estimar en forma analítica las longitudes de onda de resonancia de las películas de oro y plata, así como vía modelo o simulación electromagnética, y se contrastó con las mediciones de estos recubrimientos, obteniendo una desviación máxima del valor de longitud de onda de resonancia en 5.8% para el oro, y 27% para el caso de la plata, considerando el parámetro S11. / Tesis

Se han obtenido nanoestructuras de compuestos tipo cobre-selenio por dos técnicas de síntesis. La primera consiste en la síntesis asistida por microondas (MW), el proceso se realizó en un horno microondas modificado para la síntesis, para ello a una solución de sulfito de sodio se le añadió selenio en polvo, esta mezcla fue sometida a radiación microondas al 40% formando así el selenosulfato de sodio para luego agregarle acetato de cobre manteniendo la proporción Cu:Se (1:1) mientras se sometía nuevamente a irradiación al 40%, obteniendo al finalizar un precipitado negro de seleniuro de cobre. Adicionalmente, se realizaron otros experimentos mediante la técnica microondas realizando cambios en la proporción Cu:Se para 2:1 y 3:2. La otra técnica consiste en la molienda mecánica o mecanosíntesis (MS) del cobre y selenio en polvo durante 1, 3, 6, 9 y 12 horas bajo atmosfera inerte saturada con argón, utilizando un molino de sistema vibratorio modelo SPEX 8000M. Durante la molienda mecánica los polvos de cobre y selenio son aplanados luego pasan procesos de fracturación y soldadura dando lugar a reacciones en estado sólido obteniendo seleniuro de cobre. Los productos obtenidos por ambas técnicas de síntesis fueron caracterizados mediante difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), microscopia electrónica de barrido (MEB), espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDX), espectrofotometría UV-Vis. A los difractogramas obtenidos se les realizo el refinamiento Rietveld utilizando el programa MAUD v2.33 para determinar la composición y porcentaje de cada fase concurrente en los productos. Empleando el programa OriginPro 2017 b9.4.0.220, las ecuaciones de Scherrer y Williamson-Hall se determinaron el diámetro promedio del cristalito así como también la microtensión inducida por la deformación cristalina. A partir de los espectros de fluorescencia de rayos X, el software DppMCA V 1.0.0.16 y PyMCA V 4.7.4 se realizaron análisis de deconvoluciones para confirmar la presencia del cobre, selenio y otros posibles metales. La banda de energía prohibida se obtuvo empleando las absorbancias y el ploteo de Tauc. Los resultados indican que se formaron las fases Cu2Se, Cu3Se2 y Cu1.8Se. El diámetro promedio del cristalito entre 8 y 83 nm, las microtensiones de 0.00105 a 0.01031 Pa, los defectos superficiales y la banda de energía prohibida directa entre 1 y 2eV, hacen del seleniuro de cobre un material de partida para fabricar células solares y materiales más complejos a través de dopados. / Tesis

La tecnología de manufactura aditiva, AM (additive manufacturing) se está usando con gran éxito en las diversas aplicaciones del modelado por deposición fundida, FDM (fused deposition modeling). Esta es la tecnología más usada en la fabricación 3D principalmente en el área de ingeniería mecánica que la incorpora a sus procesos de producción de prototipos rápidos para pruebas funcionales de bajo costo, componentes complejos, piezas, accesorios, fabricados a partir de modelos digitales. Debido a la necesidad de mejorar las propiedades mecánicas de la materia prima usado para la fabricación de componentes, existe la exigencia de buscar nuevos materiales que puedan ser usados con la tecnología de impresión 3D. Uno de los posibles métodos es la adición de refuerzos de nanotubos de carbono y fibras de carbono a materiales poliméricos como el ABS (acrilonitrilo butadieno styrene). Así, formar materiales compuestos de matriz polimérica que podrían ser utilizados directamente en aplicaciones reales como en la industria aeronáutica y automotriz. El presente trabajo tiene como objetivo la fabricación y caracterización de materiales compuestos de matriz polimérica usando impresión 3D para luego evaluar y comparar sus propiedades mecánicas. Para la fabricación se utilizó la tecnología de impresión FDM y los siguientes materiales: ABS puro, compuestos de ABS más nanotubos de carbono y ABS más fibra de carbono. La metodología seguida para el desarrollo del trabajo primero fue el diseño de las muestras, para ello se utilizó la norma ASTM D638 para las probetas de tracción y ASTM D790 para las probetas de flexión; luego se determinó los parámetros de fabricación variando alturas de capas de deposición a 0,4 mm y 0,2 mm; y cinco diferentes tipos de mallado interno variando las orientaciones de deposición de capas a 90°, 0°, 45°, 0°/90° y 45°/-45°. Luego se procedió a la determinación de las propiedades mecánicas mediante ensayos de tracción y flexión. Finalmente, se realizó una caracterización estructural a la superficie de fractura mediante microscopía electrónica de barrido, SEM (scanning electron microscope). Como resultado final de los ensayos de tracción y flexión se tiene que en general los especímenes fabricados con ABS tienen mayor resistencia que los compuestos de ABS más nanotubos de carbono y ABS más fibra de carbono. Siendo los especímenes fabricados con 0,2 mm de altura de capa más resistentes que los de 0,4 mm. Además, los especímenes fabricados con 0,2 mm de altura de capa tienen resistencia igual a la del filamento base utilizado para la fabricación. Este caso se cumple solo en el ABS y ABS más nanotubos de carbono. En el compuesto ABS más fibra de carbono se refleja una notable disminución de la resistencia. Aunque los resultados del módulo de elasticidad tienen una elevada variabilidad, en todos los casos los materiales compuestos tienen una mayor rigidez respeto al ABS; sin embargo, la rigidez del compuesto ABS más fibra de carbono disminuye a la mitad respecto a su filamento base. Finalmente, los resultados del SEM indican que en el compuesto ABS más fibra de carbono, estas micro partículas no se adhieren de manera correcta a la matriz polimérica creando cavidades entre matriz y aditivo, debilitando la acción del refuerzo al momento de la transferencia de esfuerzos. Resultado que se reflejó durante de los ensayos mecánicos

La versatilidad que la tecnología de modelamiento por deposición fundida (FDM por sus siglas en inglés) presenta para la fabricación de componentes y piezas, no solo para fines decorativos sino para fines industriales, representa una nueva plataforma tecnológica para el desarrollo de nuevos materiales. En pos de tal avance, esta tesis busca describir empíricamente las relaciones entre los parámetros de fabricación por FDM y las propiedades de amortiguamiento de materiales nóveles para fines industriales en reducción de vibraciones, movimiento o sonido. En esta investigación se utilizarán dos materiales reforzados en una matriz de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el primero con refuerzos de nanotubos de carbono y segundo reforzado con fibras de carbono, de ahora en adelante “ABS + CNT” y “ABS + CF” respectivamente. La redacción de este estudio comienza con una revisión de la literatura acerca la impresión 3D. Asimismo, se realiza una introducción a la teoría del amortiguamiento utilizada en este estudio. Se introducen los conceptos de stick slip, fuerzas de excitación, análisis de datos mediante transformadas de Fourier, método 3dB ancho de banda para el cálculo del ratio de amortiguamiento, y una recopilación de diversas investigaciones realizadas a materiales reforzados con nanotubos y fibras de carbono. Finalmente, se exponen las hipótesis centrales de este estudio. El procedimiento experimental seguido en esta tesis contempló la impresión de las probetas en dos tipos de orientación: cruzada 45°-/45° y unidireccional, en tres niveles de porcentaje de relleno, 100 %, 80 % y 60 %, para cada material. La selección de estos parámetros de impresión se realizó de acuerdo a las mejores propiedades mecánicas obtenidas en investigaciones anteriores [1]. Luego, en el Laboratorio de Acústica de la sección de Física, se implementó un banco de ensayos de caracterización de amortiguamiento de material mediante método impacto. Finalmente, las probetas se caracterizaron mediante ensayos de tracción en el CITE Materiales PUCP. De acuerdo a los ensayos realizado se concluye que los refuerzos de nanotubos de carbono en la matriz de ABS aumentan las capacidades de amortiguamiento del material. Sin embargo, las propiedades de amortiguamiento son inferiores a las de otros materiales utilizados en la industria de impresión 3D. Con respecto a los parámetros de impresión, se muestra la predominancia de la orientación cruzada por sobre la orientación unidireccional en propiedades de amortiguamiento y se sugiere una correlación entre la reducción de la densidad y el aumento de las propiedades de amortiguamiento en los materiales ensayados. Finalmente, se dan detalles acerca del proceso de fabricación de las probetas además de un análisis de las propiedades mecánicas en función de la densidad y de la orientación.

En las últimas décadas, el titanio y sus aleaciones se han convertido en una alternativa atractiva para el uso como materiales para implantes y prótesis (implantes dentales, prótesis de rodillas, clavos endomedulares, etc.) por poseer las propiedades de biocompatibilidad, ligereza y de exhibir una buena resistencia mecánica y excelente resistencia a la corrosión. Actualmente una de las áreas de investigación más activas en el campo de los biomateriales es la de tratamientos superficiales sobre titanio, con la finalidad de mejorar la adherencia entre el implante y el hueso. El objetivo del presente trabajo de investigación es la caracterización de la superficie y evaluación de la biocompatibilidad de compuestos nanoestructurados de titanio e hidroxiapatita. La incorporación del titanio con la hidroxiapatita se realizó mediante un proceso de fricción batido (FSP) sobre la superficie del titanio, con diversas concentraciones de hidroxiapatita. La caracterización de la superficie de las probetas se realizó mediante dos métodos: por microscopía electrónica de barrido y perfilometría óptica. La evaluación de biocompatibilidad se realizó mediante ensayos electroquímicos, para evaluar la pasivación del titanio, y ensayo in-vitro para la evaluación de formación de apatita sobre la superficie de las muestras de titanio; ambos ensayos se realizaron a temperatura corporal (37°C). Se complementaron los estudios mediante una evaluación con microscopía electrónica de barrido. Los resultados muestran que es posible fabricar compuestos superficiales de hidroxiapatita pura e hidroxiapatita dopada empleando el método de procesamiento por fricción batido (FSP). Como resultado de los ensayos electroquímicos se observó hidroxiapatita dopada con oxido de silicio presenta el mejor comportamiento ante la corrosión; de la misma manera los ensayos in-vitro evidenciaron una mayor formación de apatita sobre la superficie de las muestras hidroxiapatita dopada.

Desde hace algunos años hay un interés creciente por la utilización de biopolímeros en aplicaciones para las cuales se utilizaban tradicionalmente polímeros sintéticos. En este contexto el almidón como material termoplástico es una alternativa viable ya que se trata de una materia prima económica, abundante, renovable y biodegradable. El objetivo principal del presente trabajo es la obtención de películas de almidón de papa blanca reforzados con nanopartículas de almidón de papa amarilla y la posterior caracterización mecánica, térmica y estructural de las mismas que pueda contribuir en el conocimiento tecnológico de la aplicación de estos materiales en áreas tales como el embalaje de alimentos. Para alcanzar el objetivo principal en primer lugar se revisó el estado de la literatura y se estudiaron los fundamentos teóricos que describen los procesos básicos para la obtención de nanocompuestos y nanopartículas de almidón. La metodología empleada para la obtención de las películas se fundamentó en la capacidad de gelatinización del almidón que sumado a la adición de plastificantes origina la formación de una pasta de la que se obtendrán las películas. Asimismo se obtuvieron nanopartículas de papa amarilla mediante la hidrólisis ácida de este biopolímero, que fueron vaciadas en suspensión en las pastas de almidón de papa blanca para obtener finalmente las películas de almidón reforzados, lográndose 3 categorías en peso de refuerzo: 3 %, 5 % y 7 %. Estas películas fueron sometidos a ensayos de tracción, a ensayos de espectroscopía de infrarrojo y a ensayos de análisis térmico como la calorimetría diferencial de barrido y el análisis termogravimétrico. Los resultados obtenidos muestran en general un mejoramiento en las propiedades mecánicas y térmicas de las películas encontrándose un aumento máximo de 97 % en la resistencia a la tracción y un aumento de cerca de 9 veces el valor original del módulo elástico. En cuanto a las propiedades térmicas se encontraron aumentos máximos de 22,68 °C y 7,07 °C en las temperaturas de fusión polimérica y degradación respectivamente. De manera similar el ensayo de espectroscopía de infrarrojo mostró un cambio en la vibración de grupos funcionales en las películas reforzados vinculado con la adición de las nanopartículas. Finalmente también se estudió el comportamiento mecánico de las películas comparando sus propiedades mecánicas experimentales con las teóricas establecidas por modelos para materiales nanocompuestos.

El presente proyecto pretende determinar los efectos de los principales parámetros de impresión sobre las propiedades mecánicas de los productos obtenidos mediante la técnica de modelado por deposición fundida a partir de ABS y ABS/CF. El objetivo del presente trabajo es determinar los parámetros de fabricación óptimos del proceso de modelado por deposición fundida usando acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y acrilonitrilo butadieno estireno reforzado con fibras de carbono (ABS/CF), así como determinar la influencia de cada parámetro sobre las propiedades mecánicas, con el fin de fabricar productos terminados. En la investigación se determinaron los parámetros de fabricación más importantes que influyen en el proceso FDM: altura de capa, patrón de impresión, temperatura de impresión y velocidad de movimiento del cabezal de impresión. Luego se usó la metodología de Taguchi (arreglo L9) para analizar la influencia de los parámetros de impresión sobre la resistencia a la tracción y el módulo elástico, para determinar la combinación que maximice dichas propiedades. Esta metodología permitió reducir considerablemente el número ensayos de tracción (según ISO 527) necesarios debido a que concentró su análisis sobre los efectos principales. Luego se realizó una comprobación experimental y teórica de las combinaciones óptimas halladas. Finalmente se evaluó el efecto del porcentaje de relleno sobre las propiedades de los productos impresos de ABS y ABS/CF. La combinación óptima para maximizar la resistencia a la tracción en probetas de ABS (35.5 MPa con un módulo de 2105 MPa) fue: altura de capa de 0.2 mm, patrón de líneas, temperatura de impresión de 260°C y velocidad de impresión de 40 mm/s. Mientras para el ABS/CF se usó 0.1mm de capa, patrón de líneas 280°C y 30mm/s, resultando una resistencia de 35.2 MPa y un módulo de 3460 MPa.