Ingeniero Civil Mecánico / El objetivo principal de este trabajo es hacer una evaluación del desempeño comparado de electrodos usados en el proceso de soldadura por resistencia eléctrica. Los electrodos a comparar son: Electrodo comercial de cobre, níquel, cobalto, electrodo de cobre catódico comercial y electrodo de cobre, carburo de titanio y alúmina desarrollado por el alumno en las instalaciones del departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile. El electrodo desarrollado por el alumno es obtenido mediante molienda reactiva y extrusión. Se cuenta con experiencias anteriores que sirven de comparación y guía para éste trabajo. El desempeño de los electrodos es medido en base a 3 parámetros principalmente: Acortamiento del electrodo, aumento de diámetro del mismo y pérdida de masa, también se hace un exhaustivo proceso de caracterización de los materiales en estudio. La fabricación del electrodo de Cu-2,5%v TiC-2,5%v de Al2O3 consta de 3 etapas principales, que son, molienda reactiva de polvos, extrusión y finalmente el maquinado de los electrodos. Una vez que se tienen todos los electrodos listos, se someten a desgaste, es decir, sucesivas pasadas de soldadura, con el objetivo de medir regularmente los parámetros antes mencionados. Los resultados obtenidos muestran que ambas aleaciones son ampliamente superiores en casi todos los parámetros al cobre puro. El electrodo de Cu-2,5%v TiC-2,5%v de Al2O3 presentó un acortamiento promedio de un 6,6%, un aumento del diámetro de un 22,2% y una pérdida de masa de 0,3%. El electrodo de Cu-Ni-Co presento unos valores respectivos de 7,9%, 2,1% y 1,06% mientras que el cobre comercial presentó un 40%, 20%, 1,64% respectivamente. Se desprende que el electrodo de Cu-2,5%v TiC-2,5%v de Al2O3 es el mejor desempeño presenta, sin embargo la aleación de Cu-Ni-Co también es muy superior al cobre puro.

In order to build machines, electronic devices, it is necessary to know all properties of the materials. The machines and electronic devices use parts that are interconnected, the mechanical properties are important, but for some specific tasks the electrical properties are more important. In this sense it is necessary to predict the behavior of this parts in different temperatures to the environment. The present thesis focus on implementation of a 4-probe measuring system to determinate the sheet resistance of thin film samples showing the dependency of the resistivity on the film thickness as well as on the deposition temperature. The method used to determine the resistivity is the modified van der Pauw Method. Therefore, it is important the measurement of the current and the voltage drop in the sample. It is also important to measure the distance between tips, in order to calculate the resistivity. Furthermore, it is also important to find the correct transformation that maps any four point of a plane to a new plane with four collinear points. The measurements are controlled via LabVIEW and the measured data is displayed in the user interface. / Con el fin de construir máquinas, dispositivos electrónicos, es necesario conocer todas las propiedades de los materiales. Las máquinas y los dispositivos electrónicos utilizan piezas que están interconectados, las propiedades mecánicas son importantes, pero para algunas tareas específicas son más importantes las propiedades eléctricas. En este sentido es necesario predecir el comportamiento de estas piezas a diferentes temperaturas. La presente tesis se centra en la implementación de un sistema de medición 4-puntas para determinar la resistencia laminar de las muestras de las láminas delgadas, que demuestran la dependencia de la resistividad respecto al espesor de la lámina, así como de la temperatura de deposición. El método utilizado para determinar la resistividad es el van der Pauw modificado. Por lo tanto, es importante la medición de la corriente y la caída de tensión en la muestra. También es importante la medición de la distancia entre las puntas, para calcular la resistividad. Sin embargo, también es importante encontrar la correcta transformación que mapea cuatro puntos de un plano a un nuevo plano con cuatro puntos en lineados. Para la dependencia de la resistividad de la temperatura se utilizará el método der Pauw van modificado. Las mediciones se controlan a través de LabVIEW y los datos medidos se muestran en una interfaz de usuario. / Um Maschinen und elektronische Geräte zu bauen ist es notwendig alle Eigenschaften der Materialien zu kennen. In Maschinen und elektronischen Geräte werden Teile verwendet, welche miteinander verbunden werden, wobei deren mechanische Eigenschaften wichtig sind, aber für manche spezifische Aufgaben sind die elektrischen Eigenschaften wichtiger. In diesem Zusammenhang ist es notwendig vorauszusagen, wie sich das Verhalten dieser Teile bei verschiedenen Temperaturen zur Umgebung ändert. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Implementierung eines 4-Punkt-Messsystems zur Bestimmung des Plattenwiderstandes von dünnen Filmproben sowie der Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von der Filmdicke als auch der Fertigungstemperatur der Probe. Das Verfahren, welches verwendet wird um den spezifischen Widerstand zu bestimmen, ist die modifizierte van der Pauw Methode. Deshalb ist das Maß des Stroms und der Spannungsabfall in der Probe wichtig. Es ist noetig, die Entfernung zwischen den Messpunkten zu bestimmen, um den spezifischen Widerstand zu berechnen. Desweiteren ist es auch wichtig, die richtige Transformation zu finden, um jeden der vier Punkte einer Ebene in einer neuen Ebene mit vier Collinearen-Punkten kartografisch darzustellen. Die Messwerte werden mit Hilfe von LabVIEW ueberwacht, und die Messdaten werden in einer Benutzeroberflaeche angezeigt. / Tesis

En el presente trabajo de Tesis, estudiamos el comportamiento de los electrones cuando la red cristalina se encuentra deformado, para lo cual se obtuvieron aleaciones de cobre – aluminio ( Cu0,975Al0,025) y se han preparado Probetas con dimensiones adecuadas y luego se sometieron a tracción. Se midieron la resistividad eléctrica antes y después de la tracción, observándose un incremento de la resistividad eléctrica, que nos permite graficar la curva de resistividad eléctrica en función de la deformación plástica. Observándose el comportamiento polinomio de grado dos. La gráfica se discute usando la teoría de dislocaciones.

En el presente trabajo de Tesis, se estudia el comportamiento de los electrones cuando la red cristalina se encuentra deformado, para lo cual se obtuvieron aleaciones de cobre – aluminio ( Cu0,975Al0,025) y se han preparado Probetas con dimensiones adecuadas y luego se sometieron a tracción. Se midieron la resistividad eléctrica antes y después de la tracción, observándose un incremento de la resistividad eléctrica, que nos permite graficar la curva de resistividad eléctrica en función de la deformación plástica. Observándose el comportamiento polinomio de grado dos. La gráfica se discute usando la teoría de dislocaciones. / Tesis

Scientists and engineers feel motivated in the presence of new elements or materials they cannot comprehend. That is why when a material with a new properties or behavior arises, they do the best to investigate on them until understand them and give some applications. One of these kind of moderns materials are the ferrofluids, which have a special and very different behavior when are induced under magnetic field and when not. These materials have plenty of applications nowadays. Due to their smart behaviour they are used on dampers for automobile suspensions, for measurement of fluid’s viscosities, acoustics and several more tasks. Magneto sensible elastomers (MSE) are materials that own similar properties to ferrofluids, with the substantial difference of being in solid state independently of the presence or absence of magnetic field. MSE are composed on a polymer matrix that has magnetic particles that provide them a smart behaviour under magnetic fields. For this project the magnetic particles were iron powder and certain amounts of graphite were also added to give electrical conductivity. In the current work it was fabricated several samples of MSE to study the behaviour of their electrical and mechanical properties under the effect of a magnetic field. Permanent magnets were used to induce the magnetic field on the probes and this field was changed by moving the magnets away and close to the probes through a motorized positioning machine. The results obtained from the experiments are summarized on conclusions that can be used in future to the design and building of sensors and actuators. / Tesis

En este trabajo se exponen las primeras medidas de magnetorresistencia en películas de oro depositadas sobre mica en la configuración de MacDonald. En esta configuración el campo eléctrico es ortogonal al campo magnético y ambos campos están contenidos en el plano de la película. La señal de magnetorresistencia puede ser atribuida inequívocamente al scattering electrón-superficie rugosa. Las medidas fueron realizadas en un conjunto de cuatro películas delgadas de oro de distinto espesor. Las condiciones de fabricación de las películas permiten observar claramente el efecto del scattering electrón-superficie rugosa en distintos coeficientes de transporte. La medición de magnetorresistencia se efectuó utilizando el método de cuatro contactos a bajas temperaturas T (4 K ≤ T ≤ 50 K) bajo un campo magnético intenso B (1.5 T ≤ B ≤ 9 T), utilizando amplificadores sintonizados. Se observó una clara dependencia de la magnetorresistencia con el espesor de las películas. El cambio porcentual de resistividad debido a la acción del campo magnético a una temperatura de 4 K y a un campo magnético de 9 T son de 7% para la película más delgada (72 nm) y 21% para la películas más gruesa (266 nm). Se realizó una comparación entre teoría y experimento, donde la predicción teórica, basada en la ecuación de transporte de Boltzmann, no reproduce el comportamiento de la magnetorresistencia MacDonald. La predicción conduce a una magnetorresistencia negativa, mientras que el valor medido es positivo. La magnetorresistencia observada crece al aumentar el espesor de la muestra, contrariamente a lo predicho por la teoría.

Scientists and engineers feel motivated in the presence of new elements or materials they cannot comprehend. That is why when a material with a new properties or behavior arises, they do the best to investigate on them until understand them and give some applications. One of these kind of moderns materials are the ferrofluids, which have a special and very different behavior when are induced under magnetic field and when not. These materials have plenty of applications nowadays. Due to their smart behaviour they are used on dampers for automobile suspensions, for measurement of fluid’s viscosities, acoustics and several more tasks. Magneto sensible elastomers (MSE) are materials that own similar properties to ferrofluids, with the substantial difference of being in solid state independently of the presence or absence of magnetic field. MSE are composed on a polymer matrix that has magnetic particles that provide them a smart behaviour under magnetic fields. For this project the magnetic particles were iron powder and certain amounts of graphite were also added to give electrical conductivity. In the current work it was fabricated several samples of MSE to study the behaviour of their electrical and mechanical properties under the effect of a magnetic field. Permanent magnets were used to induce the magnetic field on the probes and this field was changed by moving the magnets away and close to the probes through a motorized positioning machine. The results obtained from the experiments are summarized on conclusions that can be used in future to the design and building of sensors and actuators. / Tesis

Magíster en Ciencias, Mención Física / La resistencia eléctrica de las superficies de cobre de espesor cercano al camino libre medio electrónico (~39 nm) no es constante en el tiempo, debido a procesos de oxidación que disminuyen el espesor efectivo de la película metálica en una proporción importante [1]. Esto es un problema que limita las posibles aplicaciones de este material en cualquier dispositivo nanométrico. Existe evidencia de que los tioles protegen los metales de ligandos adventicios y, en el caso del cobre, también actúan como una barrera contra la oxidación. Por otro lado, abren la posibilidad de funcionalizar las superficies metálicas añadiendo a la molécula un grupo terminal con propiedades específicas. Se ha encontrado evidencia de que algunos tioles aromáticos se ensamblan más compactamente que los alcanotioles y por lo mismo se espera que formen barreras más efectivas. En este trabajo se presenta la evolución temporal de la resistencia eléctrica del sistema tiol aromático-Cu, en condiciones de laboratorio, para 2 moléculas de tamaño parecido pero diferente polaridad. A través de varios experimentos se comparó la efectividad de la monocapa formada en proteger de la oxidación. La resistencia de películas delgadas metálicas (~50 nm de espesor inicial) se midió con la técnica de 4-contactos y amplificadores sintonizados para mediciones de bajo ruido como una forma complementaria de caracterizar el crecimiento de óxido de cobre. Es bien sabido que la resistencia y la resistividad tienen ambas una fuerte dependencia en el espesor de la película [2] así que el efecto del crecimiento de óxido debe ser cuantificable y se comprobó que lo es. Además, las muestras preparadas son distinguibles por su evolución tanto mediante caracterización eléctrica como topográfica (por medio de STM y AFM) y elemental (a través de ARXPS). También resultan distinguibles por su estado inicial mediante caracterización elemental. La evolución de la resistencia y del porcentaje de óxido presente durante 30 días sugiere que en el cobre sin recubrir el óxido crece más rápido que en las otras dos muestras. La muestra recubierta por bifenil-4-tiol presenta ventaja frente a la muestra sin recubrir en la etapa inicial, pero finalmente la molécula se degrada. La muestra recubierta por ácido 4-mercaptobenzoico muestra el comportamiento más estable desde el punto de vista de la evolución de la caracterización elemental (la monocapa se degrada menos) y de la caracterización eléctrica (el valor de su resistencia sufre una variación porcentual menor). Sin embargo, en los primeros días de exposición al ambiente sufre profundas transformaciones en su topografía, que se reflejan en la evolución del tamaño de grano y la rugosidad. Se corroboró mediante el programa Gaussian que la molécula que conduce a los mejores resultados es aquella cuyo momento dipolar indica que la nube electrónica se ha desplazado hacia el átomo de azufre. [1] I. Platzman, R. Brener, H. Haick and R. Tannenbaum. Oxidation of Polycrystalline Copper Thin Films at Ambient Conditions. The Journal of Physical Chemistry C, 112(4):1101 1108, 2008. [2] W. Zhang, S.H. Brongersma, Z. Li, D. Li, O. Richard and K. Maex. Analysis of the size effect in electroplated fine copper wires and a realistic assessment to model copper resistivity. Journal of Applied Physics, 101(6):063703, (2007).

In order to build machines, electronic devices, it is necessary to know all properties of the materials. The machines and electronic devices use parts that are interconnected, the mechanical properties are important, but for some specific tasks the electrical properties are more important. In this sense it is necessary to predict the behavior of this parts in different temperatures to the environment. The present thesis focus on implementation of a 4-probe measuring system to determinate the sheet resistance of thin film samples showing the dependency of the resistivity on the film thickness as well as on the deposition temperature. The method used to determine the resistivity is the modified van der Pauw Method. Therefore, it is important the measurement of the current and the voltage drop in the sample. It is also important to measure the distance between tips, in order to calculate the resistivity. Furthermore, it is also important to find the correct transformation that maps any four point of a plane to a new plane with four collinear points. The measurements are controlled via LabVIEW and the measured data is displayed in the user interface. / Con el fin de construir máquinas, dispositivos electrónicos, es necesario conocer todas las propiedades de los materiales. Las máquinas y los dispositivos electrónicos utilizan piezas que están interconectados, las propiedades mecánicas son importantes, pero para algunas tareas específicas son más importantes las propiedades eléctricas. En este sentido es necesario predecir el comportamiento de estas piezas a diferentes temperaturas. La presente tesis se centra en la implementación de un sistema de medición 4-puntas para determinar la resistencia laminar de las muestras de las láminas delgadas, que demuestran la dependencia de la resistividad respecto al espesor de la lámina, así como de la temperatura de deposición. El método utilizado para determinar la resistividad es el van der Pauw modificado. Por lo tanto, es importante la medición de la corriente y la caída de tensión en la muestra. También es importante la medición de la distancia entre las puntas, para calcular la resistividad. Sin embargo, también es importante encontrar la correcta transformación que mapea cuatro puntos de un plano a un nuevo plano con cuatro puntos en lineados. Para la dependencia de la resistividad de la temperatura se utilizará el método der Pauw van modificado. Las mediciones se controlan a través de LabVIEW y los datos medidos se muestran en una interfaz de usuario. / Um Maschinen und elektronische Geräte zu bauen ist es notwendig alle Eigenschaften der Materialien zu kennen. In Maschinen und elektronischen Geräte werden Teile verwendet, welche miteinander verbunden werden, wobei deren mechanische Eigenschaften wichtig sind, aber für manche spezifische Aufgaben sind die elektrischen Eigenschaften wichtiger. In diesem Zusammenhang ist es notwendig vorauszusagen, wie sich das Verhalten dieser Teile bei verschiedenen Temperaturen zur Umgebung ändert. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Implementierung eines 4-Punkt-Messsystems zur Bestimmung des Plattenwiderstandes von dünnen Filmproben sowie der Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von der Filmdicke als auch der Fertigungstemperatur der Probe. Das Verfahren, welches verwendet wird um den spezifischen Widerstand zu bestimmen, ist die modifizierte van der Pauw Methode. Deshalb ist das Maß des Stroms und der Spannungsabfall in der Probe wichtig. Es ist noetig, die Entfernung zwischen den Messpunkten zu bestimmen, um den spezifischen Widerstand zu berechnen. Desweiteren ist es auch wichtig, die richtige Transformation zu finden, um jeden der vier Punkte einer Ebene in einer neuen Ebene mit vier Collinearen-Punkten kartografisch darzustellen. Die Messwerte werden mit Hilfe von LabVIEW ueberwacht, und die Messdaten werden in einer Benutzeroberflaeche angezeigt. / Tesis