No description available.

No description available.

La tesis doctoral que se presenta, se basa en la obtención de células solares híbridas sobre sustrato cerámico. Para ello ha sido necesario durante la ejecución de la misma el estudio, experimentación, caracterización y optimización de cada una de las capas que la componen. Siendo estas capas: 1. Esmalte cerámico. Dicha capa desempeña la función de capa barrera entre la cerámica y el material fotovoltaico. En la tesis se ha desarrollado la formulación, caracterización y procesado del mismo. 2. Contacto trasero. El contacto trasero de la célula ha de ser un material conductor de la corriente eléctrica y que además presente un buen anclaje físico y químico con la cerámica, además de que su nivel de energía de Fermi sea el adecuado para la trasmisión de las cargas generadas en el material fotovoltaico y así poder recolectarlas en el circuito externo. 3. Material transportador de cargas. Se ha empleado ZnO nanoestructurado como transportador de cargas obtenido por vía electroquímica. El estudio realizado de esta capa ha sido el más exhaustivo, obteniendo los modelos de nucleación y crecimiento del mismo, así como el desarrollo de una novedosa técnica de electrodeposición que permite la obtención de nanoestruturas de ZnO con las propiedades óptimas para su funcionalidad. 4. Material fotovoltaico. Como material fotovoltaico se ha empleado una unión de sendos polímeros P3HT y PCBM, empleada en dispositivos poliméricos convencionales. 5. Capa de contacto delantero MoO3-Au. / Reyes Tolosa, MD. (2012). Modelo de nucleación y crecimiento de capas nanoestructuradas de óxido de zinc sobre sustratos cerámicos con aplicación a materiales fotovoltaicos híbridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14725

[ES] La propuesta de uso de sustratos cerámicos, tipo baldosa, como parte de un sistema fotovoltaico integrado y de almacenamiento de energía para edificaciones resulta muy interesante desde la perspectiva de generar edificios autosustentables energéticamente, reducir el consumo de combustibles fósiles y la correspondiente huella de carbono. La fabricación de sustratos cerámicos con superficies funcionalizadas con celdas solares y supercapacitores es aún limitada. Los principales inconvenientes están relacionados con la falta de conductividad y alta rugosidad superficial que presentan este tipo de sustratos. En esta investigación se propone la fabricación de celdas solares del tipo unión p-n y de electrodos híbridos para su uso en supercapacitores sobre la superficie metalizada de un sustrato cerámico utilizando métodos de inmersión y electrodeposición. Siendo el principal objetivo el diseño y fabricación sostenible de materiales cerámicos multifuncionales para la generación y almacenamiento de energía eléctrica de baja potencia. Se ha evaluado el efecto de las condiciones de activación del catalizador de paladio en la síntesis del recubrimiento metálico de Ni-Mo-P, sobre un sustrato cerámico, por reducción química autocatalítica (electroless), así como, la aplicación de tratamientos térmicos posteriores. Además se ha estudiado, sobre dos tipos de sustratos, incluyendo el sustrato cerámico metalizado, el comportamiento electroquímico que presenta la combinación de polipirrol y óxido de grafeno en la fabricación de un electrodo híbrido, para su uso en un supercapacitor; y el comportamiento fotoeléctrico que presenta la unión de óxido de zinc y óxido cuproso, para la fabricación de una celda solar del tipo unión p-n. Los resultados obtenidos muestran que las condiciones de activación del catalizador de paladio y la aplicación de un tratamiento térmico producen cambios en las características morfológicas y en las propiedades mecánicas, eléctricas y de adherencia del recubrimiento de Ni-Mo-P. Un balance entre las propiedades eléctricas, mecánicas y de adherencia del recubrimiento de Ni-Mo-P se consigue a bajas condiciones de activación del catalizador (300 ºC por 12 h). Además, se estableció que la aplicación de un tratamientos térmico (160 ºC por 16 h) en condiciones de vacío mejoran las propiedades eléctricas y morfológicas del recubrimiento. La combinación de capas de polipirrol y de óxido de grafeno en la fabricación del electrodo híbrido del supercapacitor, sobre los sustratos de fibra de carbono y el cerámico metalizado, muestra un comportamiento electroquímico. Se determina que existe una mejora en el crecimiento de la capa de polipirrol con la adición de una capa de óxido de grafeno reducido. El electrodo sobre el sustrato cerámico metalizado se determina un incremento de las propiedades electroquímicas del electrodo al reducir químicamente el óxido de grafeno. Los electrodos presentan una ciclabilidad a largo plazo. En este mismo sentido, las propiedades fotoeléctricas de la celda solar fabricada sobre el sustrato cerámico conductor presentaron una dependencia con la estructura superficial del recubrimiento de Ni-Mo-P y con las condiciones de electrodeposición de la capa de ZnO. Las celdas solares presentan considerables propiedades fotoeléctricas comparables con la literatura. Finalmente, se ha conseguido obtener un sustrato cerámico multifuncional con propiedades de generación y almacenamiento de energía eléctrica mediante la metalización del sustrato cerámico por el proceso de reducción química autocatalítica y la combinación de materiales como polipirrol, óxido de grafeno, óxido de zinc y óxido cuproso. Las propiedades fotoeléctricas y electroquímicas obtenidas son comparables con las que se reportan en la literatura, lo que resulta prometedor para trabajos futuros. / [CA] La proposta d'ús de substrats ceràmics, tipus rajola, com a part d'un sistema fotovoltaic integrat i d'emmagatzematge d'energia per a edificacions resulta molt interessant des de la perspectiva de generar edificis autosostenibles energèticament, reduir el consum de combustibles fòssils i la corresponent petjada de carboni. La fabricació de substrats ceràmics amb superfícies funcionalitzades amb cel¿les solars i supercapacitors és encara limitada. Els principals inconvenients estan associats a la falta de conductivitat i alta rugositat que presenten aquest tipus de substrats. En aquesta tesi es proposa la fabricació de cel¿les solars del tipus unió p-n i d'elèctrodes híbrids per al seu ús en supercapacitors sobre la superfície metal¿litzada del substrat ceràmic utilitzant mètodes de Doctor Blade, immersió i electrodeposició. Sent el principal objectiu el disseny i fabricació sostenible de materials ceràmics multifuncionals per a la generació i emmagatzematge d'energia elèctrica de baixa potència. S'ha avaluat l'efecte de les condicions d'activació del catalitzador de pal¿ladi en el procés de metal¿lització per reducció química autocatalítica (electroless) del recobriment de Ni-Mo-P sobre el substrat ceràmic, així com l'aplicació o no de tractaments tèrmics posteriors. També s'estudia, sobre dos tipus de substrats, incloent el substrat ceràmic metal¿litzat, el comportament electroquímic que presenta la combinació d'un polímer conductor (polipirrol) i un nanomaterial de carboni (òxid de grafé) per a fabricar un elèctrode híbrid per al seu ús en un supercapacitors, igual que el comportament fotoelèctric que mostra l'òxid de zinc i l'òxid cuprós en la fabricació d'una cel¿la solar del tipus unió p-n. Els resultats obtinguts mostren que les condicions d'activació del catalitzador de pal¿ladi i l'aplicació d'un tractament tèrmic en el recobriment de Ni-Mo-P sobre el substrat ceràmic produeixen canvis en les característiques morfològiques i en les propietats mecàniques, elèctriques i d'adherència del recobriment. S'aconsegueix un balanç entre les propietats elèctriques, mecàniques i d'adherència del recobriment de Ni-Mo-P amb condicions baixes d'activació del catalitzador (300 °C per 12 h). A més, es va establir que l'aplicació d'un tractament tèrmic (160 °C per 16 h) en condicions de buit milloren les propietats elèctriques i morfològiques del recobriment. La combinació de polipirrol i òxid de grafé en la fabricació de l'elèctrode híbrid del supercapacitors, sobre els substrats de fibra de carboni i el ceràmic metal¿litzat, mostra un comportament electroquímic. Es determina que existeix una millora en el creixement del polipirrol amb l'addició d'òxid de grafé reduït. D'altra banda, en l'elèctrode sobre el substrat ceràmic metal¿litzat es determina un increment de les propietats electroquímiques de l'elèctrode en reduir químicament l'òxid de grafé. Els elèctrodes presenten una ciclabilitat a llarg termini. En aquest mateix sentit, les propietats fotoelèctriques de la cel¿la solar fabricada sobre el substrat ceràmic conductor van presentar una dependència amb l'estructura superficial del recobriment de Ni-Mo-P i amb les condicions de electrodeposició de la capa de ZnO. Les cel¿les solars presenten considerables propietats fotoelèctriques comparables amb la literatura. Finalment, s'ha aconseguit obtindre un substrat ceràmic multifuncional amb propietats de generació i emmagatzematge d'energia elèctrica mitjançant el procés de reducció química autocatalítica per a metal¿lització del substrat ceràmic i la combinació de materials com polipirrol, òxid de grafé, òxid de zinc i òxid cuprós. Les propietats fotoelèctriques i electroquímiques obtingudes són comparables amb les indicades en la literatura, el que resulta prometedor per a treballs futurs. / [EN] energy storage system for buildings is very interesting from the perspective of generating self-sustaining energy buildings, reducing the consumption of fossil fuels and the corresponding carbon footprint. The fabrication of functional ceramics towards photovoltaics and energy storage is still limited. The main drawbacks in this respect are associated with the lack of conductivity and high roughness of this kind of substrates. This thesis proposes the fabrication of p-n heterojunction solar cells and hybrid electrodes for supercapacitors based on ceramic substrates by modifying the surface of the substrates by using metallization, dip-coating and electrodeposition methods. The main objective is the design and sustainable fabrication of multifunctional ceramic materials for the generation and storage of low power electrical energy. The metallization of the ceramic substrate with a Ni-Mo-P coating by using electroless method in varying activation conditions of the palladium catalyst as well as the annealing treatment have been evaluated. The electrochemical behavior of a hybrid coating based on conductive polymer (polypyrrole) and carbon nanomaterial (graphene oxide) deposited at the surface of ceramic substrate as well as a conductive substrate was evaluated for the fabrication of hybrid electrode for supercapacitors while the photoelectric behavior exhibited by zinc oxide and cuprous oxide at the surface of ceramic substrate and varying conductive ones was evaluated for in the manufacture of a p-n heterojunction solar cell. The results obtained show that the activation conditions of the palladium catalyst and the application of an annealing treatment produce changes in morphological characteristics and mechanical, electrical and adhesion properties in the electroless Ni-Mo-P coating. A balance between the electrical, mechanical and adhesion properties of the Ni-Mo-P coating is achieved with low catalyst activation conditions (300 °C for 12 h). In addition, the application of annealing treatment (160 ºC for 16 h) under vacuum conditions improves the electrical and morphological properties of the coating. The combination of polypyrrole and graphene oxide in the fabrication of hybrid supercapacitor electrodes, both on the carbon fiber substrates and the metallic ceramic, shows a good electrochemical behavior. It is determined that there is an improvement in the growth of polypyrrole with the addition of reduced graphene oxide. On the other hand, reduction of graphene oxide results in enhancing the electrochemical properties of the metallized ceramic electrode. The electrodes have long-term cyclability. In this way, the photoelectric properties of the solar cell manufactured on the conductive ceramic substrate showed a dependence with the surface structure of the Ni-Mo-P coating and with the electrodeposition conditions of the ZnO layer. Solar cells have photoelectric properties comparable to the literature. Finally, it has been possible to obtain a multifunctional ceramic substrate with potential properties for generation and storage of electric energy through the electroless method to metallize a ceramic substrate and the combination of materials such as polypyrrole, graphene oxide, zinc oxide and cuprous oxide. Photoelectric and electrochemical properties obtained are comparable with those reported in the literature, which is promising for future work. / Este trabajo ha sido desarrollado en el Instituto de Tecnología de Materiales y en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universitat Politècnica de València, mediante la beca de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) de Ecuador, Convocatoria Docentes Universitarios, 2015. / Rosas Laverde, NM. (2020). Diseño sostenible de materiales cerámicos multifuncionales para el suministro eléctrico de baja potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140554

The many advances of nano technology extensively revolutionize mechanics. A tremendous need is growing to further bridge the gap between the classical mechanics and the nano scale for many applications at different engineering fields. For instance, the themes of interdisciplinary and multidisciplinary topics are getting more and more attention especially when the coherency is needed in diagnosing and treating terminal diseases or overcoming environmental threats. The fact that how mechanical, biomedical and electrical engineering can contribute to diagnosing and treating a tumor per se is both interesting and unveiling the necessity of further investments in these fields. This dissertation presents three different investigations in the area of nano mechanics and nano materials spanning from computational bioengineering to making mechanically more versatile composites. The first part of this dissertation presents a numerical approach to study the effects of the carbon nano tubes (CNTs) on the human body in general and their absorbability into the lipid cell membranes in particular. Single wall carbon nano tubes (SWCNTs) are the elaborate examples of nano materials that departed from mere mechanical applications to the biomedical applications such as drug delivery vehicles. Recently, experimental biology provided detailed insights of the SWCNTs interaction with live organs. However, due to the instrumental and technical limitations, there are still numerous concerns yet to be addressed. In such situation, utilizing numerical simulation is a viable alternative to the experimental practices. From this perspective, this dissertation reports a molecular dynamics (MD) study to provide better insights on the effect of the carbon nano tubes chiralities and aspect ratios on their interaction with a lipid bilayer membrane as well as their reciprocal effects with surface functionalizing. Single walled carbon nano tubes can be utilized to diffuse selectively on the targeted cell via surface functionalizing. Many experimental attempts have smeared polyethylene glycol (PEG) as a biocompatible surfactant to carbon nano tubes. The simulation results indicated that SWCNTs have different time-evolving mechanisms to internalize within the lipid membrane. These mechanisms comprise both penetration and endocytosis. Also, this study revealed effects of length and chirality and surface functionalizing on the penetrability of different nano tubes. The second part of the dissertation introduces a novel in situ method for qualitative and quantitative measurements of the negative stiffness of a single crystal utilizing nano mechanical characterization; nano indentation. The concept of negative stiffness was first introduced by metastable structures and later by materials with negative stiffness when embedded in a stiffer (positive stiffness) matrix. However, this is the first time a direct quantitative method is developed to measure the exact value of the negative stiffness for triglycine sulfate (TGS) crystals. With the advancements in the precise measuring devices and sensors, instrumented nano indentation became a reliable tool for measuring submicron properties of variety of materials ranging from single phase humongous materials to nano composites with heterogeneous microstructures. The developed approach in this chapter of the dissertation outlines how some modifications of the standard nano indentation tests can be utilized to measure the negative stiffness of a ferroelectric material at its Curie temperature. Finally, the last two chapters outline the possible improvements in the mechanical properties of conventional carbon fiber composites by introducing 1D nano fillers to them. Particularly, their viscoelastic and viscoplastic behavior are studied extensively and different modeling techniques are utilized. Conventional structural materials are being replaced with the fiber-reinforced plastics (FRPs) in many different applications such as civil structures or aerospace and car industries. This is mainly due to their high strength to weight ratio and relatively easy fabrication methods. However, these composites did not reach their full potential due to durability limitations. The majorities of these limitations stem from the polymeric matrix or the interface between the matrix and fibers where poor adhesion fails to carry the desired mechanical loadings. Among such failures are the time-induced deformations or delayed failures that can cause fatal disasters if not taken care of properly. Many methodologies are offered so far to improve the FRPs' resistance to this category of time-induced deformations and delayed failures. Several researchers tried to modify the chemical formulation of polymers coming up with stiffer and less viscous matrices. Others tried to modify the adhesion of the fibers to the matrix by adding different chemically functional groups onto the fibers' surface. A third approach tried to modify the fiber to matrix adhesion and at the same time improve the viscous properties of the matrix itself. This can be achieved by growing 1D nano fillers on the fibers so that one side is bonded to the fiber and the other side embedded in the matrix enhancing the matrix with less viscous deformability. It is shown that resistance to creep deformation and stress relaxation of laminated composites improved considerably in the presence of the nano fillers such as multiwall carbon nano tubes (MWCNTs) and zinc oxide nano wires (ZnO- NWs). The constitutive behaviors of these hybrid composites were investigated further through the use of the time temperatures superposition (TTS) principle for the linear viscoelastic behavior and utilizing phenomenological models for the viscoplastic behavior. / Ph. D.

This work reports the outdoor weathering performance of ultraviolet (UV)-stabilized polypropylene (PP) products (using PP resins from Encore Wire). Different hindered amine light stabilizers (HALSs) and nano-ZnO were used to stabilize PP-film-based formulations that were exposed under UV light for 6 weeks simulating for in harsh outdoor weather of Dallas, Texas, USA in 2016. Characterization of the exposed PP film products was done in terms of mechanical and friction spectroscopic properties. The PP film formulations were divided into 15 categories based on the type of HALS and nano-ZnO incorporated. This was done to derive meaningful comparison of the various film formulations. Following exposure under UV light, the lifetimes of certain formulations were determined. On the basis of the mechanical and friction properties, it was determined that generally, the HALS or nano-ZnO stabilized PP film give better properties and if those two kinds of UV stabilizers can work together.

[FR] Ce travail rapporte une investigation sur l’élaboration et la caractérisation de quelques oxydes transparents conducteurs, en occurrence l’oxyde de zinc (ZnO), l’oxyde de titane (TiO2) et l’oxyde de nickel (NiO). En revanche, une étude d’hétérojonction d’une couche de pérovskite déposée sur une couche de ZnO a été faite. Le spin coating et le spray pyrolyse qui sont des techniques simples et à faible coût ont été utilisées pour réaliser les différents dépôts. Les films obtenus ont été caractérisés par la Diffraction des Rayons X (DRX), la spectroscopie UV- Visible et la Microscopie Electronique à Balayage (MEB). En vue d’améliorer les propriétés de des oxydes élaborés, plusieurs dépôts ont été effectués. Le premier dépôt a permis de comparer leurs différentes propriétés. L’oxyde de zinc a présenté les meilleures propriétés par rapport aux autres. Il a fait preuve d’une bonne transmittance supérieure à 80%, une bande interdite de plus de 3,25 eV et une bonne cristallinité. Un dépôt a été effectué pour étudier l’influence de la concentration de la solution de ZnO sur ses différentes propriétés. Il est ressorti de cette étude que 0,5 M a donné les meilleurs résultats avec une transmittance de plus de 80% dans le visible et une bande interdite de 3,25 eV. Pour le dépôt de l’étude de l’effet du nombre de couches sur les différentes propriétés, quatre échantillons ont été produits (1 couche, 2 couches, 3 couches et 4 couches). L’échantillon à 4 couches a présenté les plus bons résultats. En plus d’avoir une transparence dans le visible de plus 70% et une bande interdite de 3,25 eV, il possède le plus de grains. Les résultats du dopage de l’oxyde de zinc par l’alumine ont montré que ses propriétés s’améliorent avec le dopage. Ainsi, l’échantillon dopé à 10% a donné de bons résultats comparés aux autres. Sa transmittance est plus de 90% et sa bande interdite est de 3,41 eV. Pour tous les dépôts, les résultats de la diffraction des rayons X ont révélé que l’oxyde de zinc présente deux principaux pics caractéristiques correspondant aux plans cristallographiques (002) et (101). Tous les films de ZnO produits sont polycristallins. Les résultats de l’UV-Visible ont montré que les oxydes élaborés ont une transmittance autour de 80% et une large bande interdite qui varie entre 3,20 eV et 3,41 eV. La perception des grains sur les images MEB a confirmé la cristallinité des films. Les pics identifiés du film de TiO2 correspondent aux plans (101) et (004), tous correspondant à la phase anatase tétragonale du TiO2. L'orientation préférentielle des grains est la direction (101). L’analyse de la DRX de NiO a montré que le pic indexé (111) à 37,636° correspond à la structure cubique des nanoparticules de NiO. Les dépôts de pérovskite sur la couche de ZnO en hétérojonction a révélé une bonne adhésion entre les deux couches. Ces dépôts ont permis d’étudier leurs stabilités et d’initier la fabrication d’une cellule solaire. / [ES] En este trabajo se informa de una investigación sobre el desarrollo y la caracterización de una serie de óxidos conductores transparentes, a saber, óxido de zinc (ZnO), óxido de titanio (TiO2) y óxido de níquel (NiO). Por otra parte, se llevó a cabo un estudio de heterounión de una capa de perovskita depositada sobre una capa de ZnO. Para producir los distintos depósitos se utilizaron técnicas sencillas y de bajo coste, como el recubrimiento por centrifugación y el pirólisis por pulverización. Las películas obtenidas se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), espectroscopia UV-Visible y microscopía electrónica de barrido (SEM). Para mejorar las propiedades de los óxidos producidos, se realizaron varios depósitos. El primer depósito se utilizó para comparar sus diferentes propiedades. El óxido de zinc mostró las mejores propiedades en comparación con los demás. Mostró una buena transmitancia de más del 80%, una brecha de banda de más de 3,25 eV y una buena cristalinidad. Se llevó a cabo una deposición para estudiar la influencia de la concentración de la solución de ZnO en sus distintas propiedades. El estudio demostró que 0,5 M daba los mejores resultados, con una transmitancia superior al 80% en el visible y una separación de banda de 3,25 eV. Se fabricaron cuatro muestras (1 capa, 2 capas, 3 capas y 4 capas) para estudiar el efecto del número de capas en las distintas propiedades. La muestra de 4 capas dio los mejores resultados. Además de tener una transparencia visible superior al 70% y un bandgap de 3,25 eV, presentaba la mayor cantidad de granos. Los resultados del dopaje del óxido de zinc con alúmina mostraron que sus propiedades mejoraban con el dopaje. La muestra dopada al 10% dio buenos resultados en comparación con las demás. Su transmitancia era superior al 90% y su brecha de banda era de 3,41 eV. Para todos los depósitos, los resultados de difracción de rayos X revelaron que el óxido de zinc tiene dos picos característicos principales correspondientes a los planos cristalográficos (002) y (101). Todas las películas de ZnO producidas son policristalinas. Los resultados de UV-Visible mostraron que los óxidos producidos tienen una transmitancia de alrededor del 80% y una amplia banda de separación que varía entre 3,20 eV y 3,41 eV. La percepción de los granos en las imágenes SEM confirmó la cristalinidad de las películas. Los picos identificados en la película de TiO2 corresponden a los planos (101) y (004), todos ellos correspondientes a la fase anatasa tetragonal del TiO2. La orientación de grano preferida es en la dirección (101). El análisis XRD del NiO mostró que el pico indexado (111) a 37,636° corresponde a la estructura cúbica de las nanopartículas de NiO. Los depósitos de perovskita sobre la capa de heterounión de ZnO revelaron una buena adherencia entre ambas capas. Estos depósitos permitieron estudiar su estabilidad e iniciar la fabricación de una célula solar. / [CA] Aquest treball informa d'una investigació sobre l'elaboració i caracterització d'alguns òxids conductors transparents, concretament l'òxid de zinc (ZnO), l'òxid de titani (TiO2) i l'òxid de níquel (NiO). D'altra banda, es va fer un estudi d'heterounió d'una capa de perovskita dipositada sobre una capa de ZnO. Per produir els diferents dipòsits es van utilitzar el recobriment per centrifugació i l'esprai de piròlisi, que són tècniques senzilles i de baix cost. Les pel·lícules obtingudes es van caracteritzar per difracció de raigs X (XRD), espectroscòpia UV-Vis i microscòpia electrònica d'escaneig (SEM). Pero tal de millorar les propietats dels òxids elaborats, s'han realitzat diversos dipòsits. El primer dipòsit va permetre comparar les seves diferents propietats. L'òxid de zinc va mostrar les millors propietats en comparació amb els altres. Va a demostrar una bona transmitància superior al 80%, un interval de banda superior a 3,25 eV i una bona cristalinitat. Es va fer un dipòsit per estudiar la influència de la concentració de la solució de ZnO en les seves diferents propietats. D'aquest estudi es va comprovar que 0,5 M va donar els millors resultats amb una transmitància de més del 80% en el visible i un interval de banda de 3,25 eV. Per a la presentació de l'estudi de l'efecte del nombre de capes sobre les diferents propietats, es van produir quatre mostres (1 capa, 2 capes, 3 capes i 4 capes). La mostra de 4 capes va mostrar els millors resultats. A més de tenir una transparència en el visible de més del 70% i un interval de banda de 3,25 eV, és el que té més grans. Els resultats del dopatge d'òxid de zinc amb alúmina van a demostrar que les seves propietats milloren amb el dopatge. Així, la mostra augmentada al 10% va a donar bons resultats en comparació amb les altres. La seva transmitància és superior al 90% i el seu interval de banda és de 3,41 eV. Per a tots els dipòsits, els resultats de la difracció de raigs X van revelar que l'òxid de zinc presenta dos pics característics principals corresponents als plans cristal·logràfics (002) i (101). Totes les pel·lícules de ZnO produïdes són policristalines. Els resultats UV-Vis van mostrar que els òxids elaborats tenen una transmitància al voltant del 80% i una àmplia banda prohibida que varia entre 3,20 eV i 3,41 eV. La percepció dels grans a les imatges SEM va confirmar la cristalinitat de les pel·lícules. Els pics identificats de la pel·lícula de TiO2 corresponen als plans (101) i (004), tots corresponents a la fase anatasa tetragonal de TiO2. L'orientació preferida del gra és la direcció (101). L'anàlisi XRD de NiO va a mostrar que el pic indexat (111) a 37,636 ° correspon a l'estructura cúbica de les nanopartícules de NiO. Els dipòsits de perovskita a la capa de ZnO d'heterounió van revelar una bona adhesió entre les dues capes. Aquests dipòsits van permetre estudiar la seva estabilitat i iniciar la fabricació d'una cèl·lula solar. / [EN] This work reports on an investigation into the elaboration and characterisation of some of transparent conducting oxides, namely zinc oxide (ZnO), titanium oxide (TiO2) and nickel oxide (NiO). On the other hand, a heterojunction study of a perovskite layer deposited on a ZnO layer was carried out. Spin coating and spray pyrolysis, which are simple, low-cost techniques, were used to produce the various deposits. The films obtained were characterised by X-ray Diffraction (XRD), UV-Visible spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). In order to improve the properties of the oxides produced, several deposits were made. The first deposit was used to compare their different properties. Zinc oxide showed the best properties compared with the others. It showed good transmittance of over 80 %, a band gap of over 3.25 eV and good crystallinity. A deposition was carried out to study the influence of the concentration of the ZnO solution on its various properties. The study showed that 0.5 M gave the best results, with a transmittance of over 80 % in the visible and a band gap of 3.25 eV. Four samples were produced (1 layer, 2 layers, 3 layers and 4 layers) to study the effect of the number of layers on the different properties. The 4-layer sample gave the best results. As well as having a visible transparency of over 70 % and a band gap of 3.25 eV, it had the most grains. The results of doping zinc oxide with alumina showed that its properties improved with doping. The 10 % doped sample gave good results compared with the others. Its transmittance was over 90 % and its band gap was 3.41 eV. For all the deposits, the X-ray diffraction results revealed that the zinc oxide has two main characteristic peaks corresponding to the (002) and (101) crystallographic planes. All the ZnO films produced are polycrystalline. The UV-Visible results showed that the oxides produced have a transmittance of around 80 % and a wide band gap varying between 3.20 eV and 3.41 eV. The perception of the grains on the SEM images confirmed the crystallinity of the films. The peaks identified in the TiO2 film correspond to the (101) and (004) planes, all corresponding to the tetragonal anatase phase of TiO2. The preferred grain orientation is in the (101) direction. XRD analysis of NiO showed that the indexed peak (111) at 37.636° corresponds to the cubic structure of NiO nanoparticles. Deposits of perovskite on the heterojunction ZnO layer revealed good adhesion between the two layers. These deposits were used to study their stability and to initiate the manufacture of a solar cell. / Koné, KE. (2023). Élaboration et caractérisation des couches minces d'oxydes conducteurs transparents (TCO) pour les cellules solaires [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201922

Un-doped, Tb3+ as well as Yb3+ doped ZnO nanocrystals with different concentrations of RE3+ (Tb3+, Yb3+) ions were successfully synthesized via sol-gel method to produce rare earth activated zinc oxide nanophosphors. The phosphor powders were produced by drying the precursor gels at 200˚C in ambient air. Based on the X-ray diffraction results, it was found that the pure and RE3+ doped ZnO nanophosphors were highly polycrystalline in nature regardless of the incorporation of Tb3+ or Yb3+ ions. Moreover, the diffraction patterns were all indexed to the ZnO Hexagonal wurtzite structure and belong to P63mc symmetry group. The Raman spectroscopy confirmed the wurtzitic structure of the prepared samples. Elemental mapping conducted on the as prepared samples using Scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) revealed homogeneous distribution of Zn, O, and RE3+ ions. The high resolution transmission electron microscope (HR-TEM) analyses indicated that the un-doped and RE3+ doped samples were composed of hexagonal homogeneously dispersed particles of high crystallinity with an average size ranging from 4 to 7 nm in diameter, which was in agreement with X-ray diffraction (XRD) analyses. ZnO:Tb3+ PL study showed that among different Tb3+ concentrations, 0.5 mol% Tb3+ doped ZnO nanoparticles showed clear emission from the dopant originating from the 4f-4f intra-ionic transitions of Tb3+ while the broad defects emission was dominating in the 0.15 and 1 mol% Tb3+doped ZnO. Optical band-gap was extrapolated from the Ultraviolet Visible spectroscopy (UV-Vis) absorption spectra using TAUC‟s method and the widening of the optical band-gap for the doped samples as compared to the un-doped sample was observed. The PL study of ZnO:Yb3+ samples was studied using a 325 nm He-Cd laser line. It was observed that the ZnO exciton peak was enhanced as Yb3+ions were incorporated in ZnO matrix. Furthermore, UV-VIS absorption spectroscopic study revealed the widening of the band-gap in Tb3+ doped ZnO and a narrowing in the case of Yb3+ doped ZnO system. X-ray photoelectron spectroscopy demonstrated that the dopant was present in the doped samples and the result was found to be consistent with PL data from which an energy transfer was evidenced. Energy transfer mechanism was evidenced between RE3+ and ZnO nanocrystals and was discussed in detail. / Physics / M.Sc. (Physics)

Ever increasing applications of nanomaterials (materials with one or more dimension less than 100 nm) has raised awareness of their potential genotoxicity. They have unique physico-chemical properties and so could have unpredictable effects. Zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO2) are widely used in a number of commercial products. There are published studies indicating that some forms of these compounds may be photo-clastogenic in mammalian cells. What has not been investigated before is the effect of nanoparticles from these compounds in human germ cells. Thus the present study has examined their effects in the presence and absence of UV light in human sperm and compared responses to those obtained with human lymphocytes using the Comet assay to measure DNA damage. The effect of nanoparticles (40-70nm range) was studied in human sperm and lymphocytes in the dark, after pre-irradiation with UV and simultaneous irradiation with UV. The studies do provide some evidence that there are photo-genotoxic events in sperm and lymphocytes in the absence of overt toxicity. The cytotoxic and genotoxic potentials of ZnO and TiO2 as well as their effect on phosphotyrosine expression, were examined in the human epithelial cervical carcinoma cells (Hela cells). This was done to try and determine the underlying molecular events resulting from their exposure to ZnO and TiO2 nanoparticles occurring at the same time as DNA is damaged. Concentration- and time-dependent cytotoxicity, and an increase in DNA and cytogenetic damage with increasing nanoparticle concentrations were reported in this study. Mainly for zinc oxide, genotoxicity was clearly associated with an increase in tyrosine phosphorylation. Nanotechnology has raced ahead of nanotoxicology and little is known of the effects of nanoparticles in human systems, let alone in diseased individuals. Therefore, the effects of TiO2 nanoparticles in peripheral blood lymphocytes from patients with respiratory diseases (lung cancer, chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and asthma) were compared with those in healthy individuals using genotoxic endpoints to determine whether there are any differences in sensitivity to nano-chemical insult between the patient and control groups. The results have shown concentration dependent genotoxic effects of TiO2 in both respiratory patient and control groups in the Comet assay and an increasing pattern of cytogenetic damage measured in the micronucleus assay without being statistically significant except when compared with the untreated controls of healthy individuals. Furthermore, modulation of ras p21 expression was investigated. Regardless of TiO2 treatment, only lung cancer and COPD patients expressed measurable ras p21 levels that showed modulation as the result of nanoparticle treatment. Results have suggested that both ZnO and TiO2 nanoparticles can be genotoxic over a range of concentrations without either photoa-ctivation or being cytotoxic.

Recent research demonstrated that polymer based nanocomposites (PNCs) have been engineered in order to improve the arc interruption capability of the circuit breakers. PNCs are the combination of nano-sized inorganic nanoparticles (NPs) and polymers, opened up new developments in materials science and engineering applications. Inorganic NPs are selected based on their physical and chemical properties which could make multifunctional PNCs in order to interrupt the electrical arcs effectively. In particular, we presented the PNCs fabricated by using CuO, Fe3O4, ZnO and Au NPs in a poly (methyl methacrylate) (PMMA) matrix via in-situ polymerization method, recently developed method to avoid NPs agglomeration, leading to good spatial distribution in the polymer matrix. Thus, several samples with various wt% of NPs in PMMA matrix have been fabricated. These PNCs have been characterized in detail for the morphology of NPs, interaction between NPs and polymer matrix, and radiative/thermal energy absorption properties. In the next stage, PNCs are tested to determine their arc interruption performance and impact on the electrical arcs of current 1.6 kA generated using a specially designed test set-up. When PNCs interact with the electrical arcs, they generate ablation of chemical species towards core of the electrical arc, resulting in cooling-down the arc due to strong temperature and pressure gradient in the arc quenching domain. This thesis demonstrates for the first time that these engineered PNCs are easily processed, reproducible, and can be used to improve the arc interruption process in electrical switching applications. / Ny forskning har visat att polymerbaserade nanokompositer (PNCs) har utformats för att förbättra strömbrytares förmåga att undvika ljusbågar vid överslag. PNCs är en kombination av nanostora oorganiska nanopartiklar (NP) och polymerer, som har öppnat upp för ny utveckling inom materialvetenskap och tekniska tillämpningar. Oorganiska NP väljs baserat på deras fysikaliska och kemiska egenskaper som kan hjälpa PNCs att motverka elektriska ljusbågar effektivt. I synnerhet, presenterade vi PNCs tillverkade genom användning av CuO, Fe3O4, ZnO och Au NP i en poly (metylmetakrylat) (PMMA)-matris via in situ-polymerisationsmetod, nyligen utvecklad för att undvika NP-agglomerering, vilket leder till god rumslig fördelning i polymermatrisen. Därför har flera prover med olika vikt% av NP i PMMA-matris tillverkats. Dessa PNCs har utvärderats i detalj för NP-morfologi, interaktion mellan NP och polymermatris, och strålnings- och värmeenergiabsorption. I nästa skede testas PNCs för att bestämma deras förmåga att undvika ljusbågar och påverkan på de elektriska ljusbågarna av 1,6 kA strömstyrka, genererade med hjälp av en specialdesignad test-set-up. När PNCs interagerar med de elektriska ljusbågarna, genererar de ablation av kemiska ämnen mot kärnan i den elektriska ljusbågen, vilket resulterar i nedkylning av ljusbågen på grund av starka temperatur- och tryckgradienter i området. Denna avhandling visar för första gången att dessa konstruerade PNCs är lätta att framställa, reproducerbara, och kan användas för att förbättra avbrottsprocessen för ljusbågen i elektriska kopplingstillämpningar. / <p>QC 20170303</p>