Uno de los principales problemas asociados a la fabricación de piezas sinterizadas se debe a la pérdida de homogeneidad en las propiedades del aglomerado obtenido durante el proceso de compactación. Por ello, es primordial encontrar una secuencia de compactación apropiada durante la fase de diseño que haga factible la producción de la pieza. Es en este entorno donde la simulación por ordenador está empezando a ser empleada con la finalidad de ser una herramienta complementaria que ayude a encontrar la secuencia de compactación óptima con el mínimo número de pruebas experimentales, ayudando a reducir de esta forma los costes del proceso.Actualmente, la investigación destinada a la simulación numérica del proceso de compactación se centra principalmente en la etapa de prensado. Sin embargo, existen numerosos casos prácticos en los que antes de prensar es necesario efectuar un movimiento previo de los punzones con la finalidad de reubicar el polvo para llenar la cámara de compactación. Este proceso, denominado transporte de cámaras o transferencia, resulta relevante tanto para definir la secuencia óptima de compactación como para predecir correctamente la distribución final de las propiedades del compacto.La tesis se centra en la ampliación y mejora de la simulación numérica de la fase de compactación de pulvimateriales, considerando adicionalmente las etapas de transporte de cámaras y transferencia, con la finalidad de facilitar y mejorar el desarrollo y diseño de lo proceso de compactación. La tesis forma parte de una línea de investigación de más largo alcance destinada a la simulación numérica de todo el proceso de fabricación. En este sentido, el trabajo desarrollado incorpora el estudio de nuevas etapas que intervienen durante la compactación, aumentando el realismo de los procesos simulados.Con este propósito, las líneas de trabajo desarrolladas se pueden se pueden resumir en los siguientes puntos:·Formulación de un modelo matemático capaz de simular de forma conjunta la fase de transferencia/transporte de cámaras y la fase de prensado. El modelo propuesto constituye una generalización del modelo desarrollado en el estudio de la fase de prensado por considerarlo válido para describir el comportamiento del pulvimaterial durante la etapa intermedia/final del prensado.·Implementación del modelo numérico, contemplando la posibilidad de reproducir movimientos sin compactación.·Ampliación y mejora del código informático desarrollado para el estudio de la fase de prensado. Entre ellas, el desarrollo de una estrategia de remallado automático apropiada para los procesos de compactación.·Validación de la herramienta propuesta.

This thesis is focused on the calibration of the Acoustic Emission (AE) technique to detect and identify damage mechanisms in tool steels. The AE measurement procedure has been calibrated for two mechanical tests: fracture test (three-point bending test) and indentation test (spherical indentation). Fracture tests cause cracks due to tensile stress. The damage begins with the nucleation of cracks (cracking carbides and local plastic deformation) and afterwards, the cracks spread through the metallic matrix following the broken carbides. This research proposes an AE filtering process to detect each stage of fracture: the cracking of carbides (nucleation), the stage where the crack passes through to the steel matrix and final catastrophic failure. Spherical indentation tests enable the creation of a more complex distribution of stresses in an affected part of the specimen. Applying low level loads, an elastic field was created in the specimen under the ball indenter. Nevertheless, AE activity was detected in this elastic field, and these signals were related to the breaking of carbides located in the zone of maximum shear stress. An important feature of this test is that the cracking of carbides takes place without plastic deformation, and therefore the damage signals were clearly identified with carbide breakage. In both tests, carbide breakage was confirmed by means of AE as the cause of nucleation of cracks in tool steels. AE made it possible to identify the carbide breakage and the propagation of cracks through the metallic matrix and predict the final fracture of the specimen in bending tests. This thesis proposes a new acquisition and filtering configuration in fracture tests to eliminate spurious signals due to contact damage between the specimen and machine supports, as a methodology for identifying different damage mechanisms in small-sized specimens based on certain AE waveform features. From the standpoint of research into materials, coupling the proposed AE setup in each test significantly improves the tests, since it permits the evolution of the damge to be identified during the loading cycle. The laboratory results obtained endorse the possible use of AE in preventive maintenance in the tool-shaping industry. Barcelona 22 / Aquesta tesi es centra en calibrar la tècnica d'emissió acústica (EA) per detectar i identificar mecanismes de dany en acers per eines. El procediment de mesura de l’EA s'ha desenvolupat i calibrat per a dos assajos mecànics: assaig de flexió i assaig d’indentació esfèrica. A l’assaig de flexió es generen esquerdes a la superfície de la proveta on la tensió de tracció és màxima. El dany s'inicia amb la nucleació d'esquerdes (trencament de carburs i deformació plàstica local) i després, les esquerdes es propaguen a través de la matriu metàl•lica seguint els carburs trencats. La monitorització de l’assaig amb EA, permet detectar i identificar cada etapa de la fractura: el trencament de carburs i plastificació (nucleació), creixement de l’esquerda a través de la matriu d’acer i la fallada catastròfica final de la mostra. L’assaig d' indentació esfèrica permeten la creació d'una distribució de tensions en la part afectada de la mostra més complexa. Amb l’ aplicació de càrregues baixes, es genera un camp de tensions en el rang elàstic sota l’indentador esfèric. Durant els assajos, es va detectar activitat d'EA en aquest rang elàstic, i aquests senyals es relacionen amb la ruptura de carburs situats a la zona d'esforç tallant màxim. Una característica important d'aquest assaig és que la ruptura de carburs es porta a terme sense deformació plàstica, i per tant els senyals de dany es van identificar clarament amb el trencament de carburs. En ambdós assajos, el trencament dels carburs va ser confirmat per mitjà de la EA com causa de la nucleació d'esquerdes en acers per a eines. L’EA va fer possible identificar el trencament de carburs i la propagació d'esquerdes a través de la matriu metàl•lica i predir la fractura final de la mostra en els assajos de flexió. Aquesta tesi proposa una nova configuració de filtratge en assajos de fractura per eliminar senyals espúries a causa del dany provocat pel contacte entre la mostra i els suports de la màquina, així com una metodologia per a l’identificació de mecanismes de dany en mostres de mida petita sobre la base de certes característiques de la forma d'ona dels senyals d’EA. Des del punt de vista de la recerca de materials, l'acoblament d’EA amb la configuració que es proposa en cada assaig millora significativament els resultats obtinguts dels assajos, ja que permet identificar l'evolució del dany durant el cicle de càrrega. Els resultats experimentals obtinguts avalen el possible ús de l’EA en el manteniment preventiu d’eines de conformat a la industria. / Esta tesis se centra en calibrar la técnica de la emisión acústica (EA) para detectar e identificar los mecanismos de daño en aceros para herramientas. El procedimiento de medida de la EA se ha desarrollado y calibrado para dos ensayos mecánicos: ensayo de flexión y de indentación esférica. En el ensayo de flexión se generan grietas en la superficie de la probeta donde la tensión de tracción es máxima. El daño se origina con la nucleación de las grietas (rotura de carburos y deformación plástica local) y después, las grietas propagan a través de la matriz metálica siguiendo la línea de carburos rotos. La monitorización del ensayo con EA permite detectar e identificar cada una de las etapas de la fractura: rotura de carburos y plastificación (nucleación), crecimiento de grietas por la matriz de acero y el fallo catastrófico final de la muestra. El ensayo de indentación esférica permite la creación de una distribución de tensiones en la parte afectada de la muestra más compleja. Con la aplicación de cargas bajas, se genera un campo de tensiones en el rango elástico situado bajo el indentador esférico. En los ensayos, se detectó actividad de EA en este rango, y estas señales se pudieron relacionar con la rotura de carburos situados en la zona de tensión tangencial màxima. Una característica importante de este ensayo es que la rotura de los carburos tiene lugar sin deformación plàstica del material, y por tanto las señales de daño se identificarion claramente con la rotura de estos carburos. En ambos ensayos, la rotura de los carburos fue confirmada mediante EA como causa de la nucleación de grietas en aceros para herramientas. La EA hizo posible identificar la rotura de carburos primarios y la propagación de grietas a través de la matriz metálica, y predecir la fractura final de la muestra en los ensayos de flexión. En esta tesis se propone una nueva configurción de filtrado para ensyaos de flexión para eliminar las señales espúrias a causa del daño rpovocado por el contacto entre la probeta y los soportes de la máquina, así como una metodoología para identificar los mecanismos de daño en muestras de pequeñas deimensiones sobre la base de ciertas características de la forma de onda de las señales de la forma de onda de las señales de EA. Desde el punto de vista de investigación de materiales, incorporar la EA, con la configuración propuesta, a cada uno de los ensayos mejora significativamente los resultados obtenidos, ya que permite identificar la evolución del daño durante el ciclo de carga. Los resultados experimentales obtenidos avalan el posible uso de la EA para el mantenimiento preventivo de herramientas de conformado en la industria.

L’objectiu principal d’aquest treball és el desenvolupament d’un model compacte per a MOSFETs de múltiple porta d’escala nanomètrica, que sigui analític, basat en la física del dispositiu, i predictiu per a simulacions AC i DC. Els dispositius investigats són el MOSFET estàndar en mode d’inversió, a més d’un nou dispositiu anomenat “junctionless MOSFET” (MOSFET sense unions). El model es va desenvolupar en una formulació compacta amb l’ajuda de l’equació de Poisson i la tècnica de la transformación conforme de Schwarz-Cristoffel. Es varen obtenir les equacions del voltatge llindar i el pendent subllindar. Usant la funció W de Lambert, a més d’una funció de suavització per a la transcició entre les regions de depleció i acumulació, s’obté un model unificat de la densitat de càrrega, vàlid per a tots els modes d’operació del transistor. S’estudien també les dependències entre els paràmetres físics del dispositiu i el seu impacte en el seu rendiment. Es tenen en compteefectes importants de canal curt i de quantització. Es discuteixen també la simetria al voltant de Vds= 0 V, i la continuïtat del corrent de drenador en les derivades d’ordre superior. El model va ser validat mitjançant simulacions TCAD numèriques i mesures experimentals. / El objetivo principal de este trabajo es el desarrollo de un modelo compacto para MOSFETs de múltiple puerta de escala nanométrica, que sea analítico, basado en la física del dispositivo, y predictivo para simulaciones AC y DC. Los dispositivos investigados son el MOSFET estándar en modo inversión, además de un nuevo dispositivo llamado “junctionless MOSFET” (MOSFET sin uniones). El modelo se desarrolló en una formulación compacta con la ayuda de la ecuación de Poisson y la técnica de transformación conforme de Schwarz-Cristoffel. Se obtuvieron las ecuaciones del voltaje umbral y la pendiente subumbral. Usando la función W de Lambert, además de una función de suavización para la transición entre las regiones de depleción y acumulación, se obtiene un modelo unificado de la densidad de carga, válido para todos los modos de operación del transistor. Se estudian también las dependencias entre los parámetros físicos del dispositivo y su impacto en su rendimiento. Se tienen en cuenta efectos importantes de canal corto y de cuantización. Se discuten también la simetría alrededor de Vds= 0 V, y la continuidad de la corriente de drenador en las derivadas de orden superior. El modelo fue validado mediante simulaciones TCAD numéricas y medidas experimentales. / The main focus is on the development of an analytical, physics-based and predictive DC and AC compact model for nanoscale multiple-gate MOSFETs. The investigated devices are the standard inversion mode MOSFET and a new device concept called junctionless MOSFET. The model is derived in closed-from with the help of Poisson's equation and the conformal mapping technique by Schwarz-Christoffel. Equations for the calculation of the threshold voltage and subthreshold slope are derived. Using Lambert's W-function and a smoothing function for the transition between the depletion and accumulation region, an unified charge density model valid for all operating regimes is developed. Dependencies between the physical device parameters and their impact on the device performance are worked out. Important short-channel and quantization effects are taken into account. Symmetry around Vds = 0 V and continuity of the drain current at derivatives of higher order are discussed. The model is validated versus numerical TCAD simulations and measurement data.

En aquesta tesi es proposa un nou dispositiu que combina antenes òptiques i micro/nanoestructures mecàniques amb l'objectiu de transformar energia electromagnètica en energia mecànica. El principal objectiu de la feina realitzada és l'estudi dels mecanismes de transducció implicats. El principi de funcionament d'aquest nou dispositiu es pot resumir de la manera següent: les antenes absorbeixen la radiació electromagnètica en l'espectre infraroig i la transformen en una distribució de temperatura en l'estructura mecànica, a causa de les propietats tèrmiques del material estructural la resposta tèrmica es converteix en una deflexió mecànica que eventualment pot conduir a l'autooscil·lació del dispositiu. Donades les transformacions d'energia involucrades, el modelatge de les físiques acoblades esdevé un pas fonamental per tal de dissenyar, fabricar i caracteritzar un dispositiu de prova de concepte. La conversió d'energies es demostra que és més eficient quan el dispositiu autooscil·la. No obstant això, a causa de la naturalesa altament no lineal d'aquest fenomen, saber exactament si aquesta oscil·lació es pot aconseguir utilitzant el dispositiu de prova de concepte implica caracteritzar-lo físicament per tal d'aplicar el model desenvolupat. / In this thesis, a new device merging optical antennas and micro/nano-mechanical structures is proposed with the aim to transform electromagnetic energy into mechanical energy. The study of the involved transduction mechanisms is the main objective of the presented work. The working principle of this new device can be summarized as follows: the antennas acting as absorbers in the infrared spectrum capture the electromagnetic radiation and transform it into a temperature field in the mechanical structure. Due to the thermal properties of the structural material the thermal response is converted to a mechanical deflection which eventually can lead to the self-oscillation of the device. Given the involved energy transformations, the modeling of the coupled physics becomes a fundamental step in the path of designing, fabricating and characterizing a proof-of-concept device. The energy conversion is shown to be more efficient when the device auto-oscillates. However, due the the highly nonlinear nature of such phenomenon precisely knowing if such oscillation can be achieved using the proof-of-concept device imply its physical characterization in order to apply the developed model.

Los sistemas de cogeneración de pequeña potencia pueden son adecuados para conseguir un uso eficiente de la energía en el sector terciario. Existen en el mercado diversos equipos de cogeneración de pequeña potencia utilizando microturbinas o motores alternativos de combustión interna entre otros sistemas, y que pueden aplicarse con éxito en el sector terciario. También existen tecnologías de refrigeración de pequeña potencia activadas térmicamente que son capaces de suministrar frío mediante el aprovechamiento del calor residual de los equipos de cogeneración mencionados anteriormente. De este modo se obtienen diversas configuraciones conocidas como sistemas de trigeneración para la producción de frío, calor y electricidad de forma eficiente y simultánea en diversas proporciones. El objetivo de esta tesis es desarrollar un banco de ensayos multifuncional que permita ensayar y caracterizar equipos térmicos de pequeña potencia y establecer procedimientos de ensayo de dichos equipos operando tanto a plena carga como a carga parcial. / Small scale cogeneration systems can be suitable for the efficient use of energy in the tertiary sector. Some cogeneration systems are available in the market for small scale applications using microturbines or reciprocating internal combustion engines among other systems that could be applied successfully in the tertiary sector. There are also small capacity thermally driven cooling technologies able to provide chilled water by recovering the waste heat from the cogeneration equipment mentioned above. By the combination of both systems various configurations known as trigeneration systems can be set for the efficient and simultaneous production of cold, heat and electricity at different ratios. The aim of this thesis is to develop a multi-functional test bench to test and characterize thermally small capacity equipment and to establish test procedures for them working both at full load and part load.

Ambient intelligence is going to focus the next advances in wireless technologies. Hence, the increasing demand on radio frequency (RF) devices and applications represents, not only a challenge for technological industries to improve its roadmaps, but also for RF engineers to design more robust, low-power, small-size and low-cost devices. Regarding to communication robustness, in the latest years, differential topologies have acquired an important relevance because of its natural noise and interference immunity. Within this framework, a differential n-port device can still be treated with the classical analysis circuit theory by means of Z-,Y-, h-parameters or the most suitable S-parameters in the radio frequency field. Despite of it, Bockelman introduced the mixed-mode scattering parameters, which more properly express the differential and common-mode behavior of symmetrical devices. Since then, such parameters have been used with a varying degree of success, as it will be shown, mainly because of a misinterpretation. Thereby, this thesis is devoted to extend the theory of mixed-mode scattering parameters and proposes the methodology to analyze such devices. For this proposal, the simplest case of a two-port device is developed. By solving this simple case, most of the lacks of the current theory are filled up. As instance, it allows the characterization and comparison of symmetric and spiral inductors, which have remained a controversy point until now. After solving this case, the theory is extended to a n-port device. Another key point on the fast and inexpensive development of radio frequency devices is the advance on fast CAD tools for the analysis and synthesis of passive devices. In the case of silicon technologies, planar inductors have become the most popular shapes because of its integrability. However, the design of inductors entails a deep experience and acknowledge not only on the behavior of such devices but on the use of electromagnetic (EM) simulators. Unfortunately, the use of EM simulators consumes an important quantity of time and resources. Thereby, this thesis is devoted to improve some of the aspects that slow down the synthesis process of inductors. Therefore, an ‘ab initio’ technique for the meshing of planar radio frequency and microwave circuits is described. The technique presented can evaluate the losses in the component with a high accuracy just in few seconds where an electromagnetic simulator would normally last hours. Likewise, a simple bisection algorithm for the synthesis of compact planar inductors is presented. It is based on a set of heuristic rules obtained from the study of the electromagnetic behavior of these planar devices. Additionally, design of a single-ended to differential low noise amplifier (LNA) in a CMOS technology is performed by using the methods and tools described. / L'enginyeria de radiofreqüència i la tecnologia de microones han assolit un desenvolupament inimaginable i avui en dia formen part de la majoria de les nostres activitats diàries. Probablement, la tecnologia mòbil ha tingut un desenvolupament més ràpid que qualsevol altre avenç tecnològic de l'era digital. Avui en dia, podem dir que el paradigma de la mobilitat s'ha assolit i tenim accés ràpid a internet des de qualsevol lloc on podem estar amb un dispositiu de butxaca. No obstant això, encara hi ha fites per endavant. Es més que probable que el paradigma de l’ "ambient intelligence” sigui el centre dels pròxims avenços en les tecnologies sense fils. A diferencia del paradigma de l"ambient intelligence', l'evolució de la tecnologia de la informació mai ha tingut l'objectiu explícit de canviar la societat, sinó que ho van fer com un efecte secundari, en canvi, les visions d' “ambient intelligence” proposen expressament el transformar la societat mitjançant la connexió completa i la seva informatització. Per tant, l'augment de la demanda de dispositius de ràdio freqüència (RF) i de les seves possibles aplicacions representa, no només un repte per a les indústries tecnològiques per millorar els seus plans de treball, sinó també per als enginyers de RF que hauran de dissenyar dispositius de baixa potència, més robusts, de mida petita i de baix cost. Quant a la robustesa dels dispositius, en els últims anys, les topologies de tipus diferencial han adquirit una important rellevància per la seva immunitat natural al soroll i resistència a les interferències. Dins d'aquest marc, un dispositiu de nports diferencial, encara pot ser tractat com un dispositiu 2nx2n i la teoria clàssica d'anàlisi de circuits (és a dir, la temia de quadripols) es pot aplicar a través de paràmetres Z, Y, h o els paràmetres S, més adequats en el camp de freqüència de ràdio. Tot i això, Bockelman i Eisenstadt introdueixen els paràmetres S mixtos, que expressen més adequadament el comportament diferencial i en mode comú de dispositius simètrics o asimètrics. Des de llavors, aquests paràmetres s'han utilitzat amb un grau variable d'èxit, com es mostrarà, principalment a causa d'una mala interpretació. D'aquesta manera, la primera part d'aquesta tesi està dedicada a estendre la teoria dels paràmetres S de mode mixt i proposa la metodologia d'anàlisi d'aquest tipus de dispositius i circuits. D'aquesta forma, en el Capítol 2, es desenvolupa el cas més simple d'un dispositiu de dos ports. En resoldre aquest cas simple, la major part de les mancances de la teoria actual es posen de relleu. Com a exemple, pennet la caracterització i la comparació de bobines simètriques i espiral no simètriques, que han estat un punt de controvèrsia fins ara. Després de resoldre aquest cas, al Capítol 3 s'estén la teOIia a un dispositiu de n-ports dels quals un nombre pot ser single-ended i la resta diferencials. És en aquest moment quan la dualitat existent entre els paràmetres S estàndard i de mode mixt es pot veure clarament i es destaca en el seu conjunt. Aquesta teoria permet, tanmateix, estendre la teoria clàssica d'amplificadors quan s'analitzen per mitjà de paràmetres S. Un altre punt clau en el desenvolupament ràpid i de baix cost dels dispositius de radiofreqüència és l'avenç en les eines CAD ràpides per a l'anàlisi i síntesi dels dispositius passius, en especial dels inductors. Aquests dispositius apareixen tot sovint en el disseny de radio freqüència degut a la seva gran versatilitat. Tot i que hi ha hagut múltiples intents de reemplaçar amb components externs o circuits, fins i tot actius, en el cas de les tecnologies de silici, els inductors planars s'han convertit en les formes més populars per la seva integrabilitat. No obstant això, el disseny d'inductors implica conèixer i posseir una experiència profunda no només en el comportament d'aquests dispositius, però també en l'ús de simuladors electromagnètics (EM). Desafortunadament, l'ús dels simuladors EM consumeix una quantitat important de temps i recursos. Per tant, la síntesi dels inductors representa un important inconvenient actualment. D'aquesta manera, la segona part d'aquesta tesi està dedicada a millorar alguns dels aspectes que frenen el procés de síntesi dels inductors. Per tant, en el Capítol 4, es descriu una tècnica 'ab initio' de generació de la malla per bobines planars en ràdio freqüència i microones. La tècnica es basa en l'estudi analític dels fenòmens d'aglomeració de corrent que tenen lloc a l'interior del component. En aquesta avaluació, no es requereix una solució explícita dels corrents i de les càrregues arreu del circuit. Llavors, el nombre de cel•les de la malla assignades a una tira de metall donada, depèn del valor inicialment obtingut a partir de l'estudi analític. La tècnica presentada pot avaluar les pèrdues en el component amb una gran precisió només en uns pocs segons, quan comparat amb un simulador electromagnètic normalment es necessitaria hores. De la mateixa manera, en el Capítol 5 es presenta un senzill algoritme de bisecció per a la síntesi d'inductors planars compactes. Es basa en un conjunt de regles heurístiques obtingut a partir de l'estudi del comportament electromagnètic d'aquests dispositius planars. D'aquesta manera, el nombre d'iteracions es manté moderadament baix.D'altra banda, per tal d'accelerar l'anàlisi en cada pas, s'utilitza un simulador ràpid electromagnètic planar, el qual es basa en el coneixement que es té del component sintetitzat. Finalment, en el Capítol 6, la metodologia de paràmetres S de mode mixt proposada i les eines CAD introduides s'utilitzen àmpliament en el disseny d'un amplificador de baix soroll “single-ended” a diferencial (LNA), mitjançant una tecnologia estàndard CMOS.L'amplificador de baix soroll és un dels components claus en un sistema de recepció de radio freqüència, ja que tendeix a dominar la sensibilitat i la figura de soroll (NF) de tot el sistema. D'altra banda, les característiques d'aquest circuit estan directament relacionades amb els components actius i passius disponibles en una tecnologia donada. Per tant, la tecnologia escollida, el factor de qualitat dels passius, i la forma com es caracteritzen tindran un alt impacte en les principals figures de mèrit del circuit real.

The high quality CuxS nanocrystals were synthesized (Chapter 3) and the profound understanding and skills to prepare colloidal nanocrystals has been obtained and improved. It revealed a very simple synthetic route not only for the systematic investigation on the size control of the copper sulfide nanodisks but also for studying the influence of different stoichiometric ratios on the shape of copper sulfide nanocrystals. An increase of the precursor concentration in the growth solution resulted in the formation of tetradecahedral and dodecahedral nanocrystals. XRD results showed these nanodisks had a similar composition close to Cu1.78S as spherical nanocrystals, however, the tetradecahedral and dodecahedral nanocrystals were characterized with a composition close to Cu1.96S as deduced from their djurleite crystal phase. An oriented attachment was proposed as growth mechanism for polyhedrons growth and the slow nucleation rate allows an accurate control of the size and morphology of CuxS nanocrystals, from spheres and disks to tetradecahedrons and dodecahedrons by tuning the precursor concentration from 0.05 M to 1.0 M and reaction conditions. Dodecahedrons with different size can be easily prepared by elongating the reaction time. These nanocrystals can be used as cathodes in all-vanadium redox flow batteries and showed a significant improvement of the cathodic reaction reversibility, especially the dodecahedrons. The CuxSe nanocubes with mean edge length of 17 nm±0.9 nm were synthesized (Chapter 4). The role of various metal ions playing on shape of CuxSe nanocrystals was discussed during the synthesis. The underlying mechanism was illustrated by preparing copper selenide nanocubes in the presence of Al ions whereas there was no any Al detected on the surface or within the final cubes. The morphology control is proved to be thermodynamically directed during the ripening regime and it exemplified the shape-direction of semiconductor nanocrystals by metal ions for the first time. It is a platform to produce cubic nanoparticles with different composition by cation exchange such as Ag2Te nanocubes. The plasmonic properties of the obtained nanocubes were further characterized and it demonstrated the strong plasmonic absorption peak at 950 nm. A reproducible procedure to prepare highly monodisperse copper telluride nanocubes, nanoplates and nanorods was presented in Chapter 5. The procedure is based on the reaction of a copper salt with trioctylphosphine telluride (TOP-Te) in the presence of Lithium bis(trimethylsilyl) amide (LiN(SiMe3)2), trioctylphosphine (TOP), trioctylphosphine oxide (TOPO) and oleylamine (OLA). The high reaction temperature as 220 °C was found to be necessary to obtain cube-shaped NPs with narrow size distributions. By tuning the precursor ratio of Cu:Te, the size of these nanocubes could be controlled in the range between 10 and 20 nm. When decreasing the reaction temperature to 190 °C and the growth time to 15 min, highly homogeneous copper telluride nanoplates were produced. An increase of the TOP concentration from 0.125 ml to 0.75 ml resulted in the formation of nanorods. It was proposed the LiN(SiMe3)2 to activate the formation of a Cu-oleylamido complex and it is the actual species reacting with TOP-Te. The Cu-oleyamido complexes and/or lithium oleylamine may play a key role stabilizing the NP surface during growth. Copper telluride nanocubes and nanoplates display a strong near-infrared optical absorption at 900nm associated to localized surface plasmon resonances. This plasmon resonance can be exploited for the design of surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensors for unconventional optical probes such as nile red containing oxygen based functional groups. This is the first time using Cu-chalcogenide as probes for SERS application and demonstrates its potential interest in future. Preliminary analysis of the use of copper telluride nanocubes as cytotoxic and photothermal agents is also discussed herein. / Inicialment vam establir les condicions per preparar Cu(x)S. Com a mecanisme de creixement es va proposar el que es coneix amb el nom d’oriented attachment, en el qual els nanocristalls s’uneixen en una determinada orientació per formar altres formes més complexes. Establint les condicions en les quals es donava aquest mecanisme podíem produir nanocristalls de Cu2-xS amb un acurat control sobre la seva composició i/o forma, des de partícules esfèriques fins a nanopartícules en forma de disc o bé acanat amb partícules amb forma tetradecaèdríca o dodecaèdríca. Aquest control es va aconseguir simplement variant la concentració del precursor i les condicions de reacció. El segon sistema que es va estudiar va ser la producció de nanocristalls de Cu(x)Se. En el nostre treball preteniem descobrir nous procediments per sintetitzar nanocristalls de Cu(x)Se controlant la seva morfologia. Es va descubrir que es podia controlar la forma final dels nanocristalls de Cu(x)Se simplement introduint ions metàl•lics a la solució. En particular, en presència d’ions d’alumini es van produir nanocubs amb una longitud lateral de 17 nm ± 0.9 nm. Addicionalment es van estudiar les propietats plasmòniques d’aquests nanocubs. També es van utilizar aquests cubs de seleniur de coure com a base per produir cubs d’altres semiconductors a travès de l’intercanvi catiònic. Com a exemple es van produir cubs de Ag(2)Te. Finalment, es va estudiar el calcogenur binari, Cu(x)Te. Es va desenvolupar un mètode de síntesi per produïr nanocubs, nanoplaques i nanorods altament monodispersos. Es va observar que els paràmetres clau per controlar la forma eren la temperatura i la quantitat de surfactants. En canvi, per controlar el tamany es va observar que el paràmetre més important era la proporció entre Cu i Te present a la solució. Aquests nanocristalls posseïen propietats plasmòniques amb un pic d’absorpció al voltant dels 900 nm.

Els convertidors multinivell són topologies de convertidors d’electrònica de potència que poden generar tres o més nivells de voltatge en cadascuna de les fases de sortida. Com a resultat, els voltatges i corrents generats per aquestes topologies presenten una distorsió harmònica baixa. Hi ha diferents configuracions de convertidors multinivell, les quals es basen en connectar dispositius de potència o convertidors en sèrie. El resultat d’aquestes connexions permet obtenir voltatges alts, tant en la part de corrent continu com en la de corrent altern del convertidor. A més, cada dispositiu sols ha de suportar una fracció del voltatge total del bus de corrent continu. Per aquestes raons, els convertidors multinivell són generalment utilitzats en aplicacions d’alta potència. El convertidor de tres nivells amb connexió a punt neutre (neutral-point-clamped) és el més utilitzat. La recerca d’aquesta tesis doctoral està focalitzada en aquesta topologia de convertidor, i el principal objectiu és l’aportació de noves tècniques de modulació. Aquestes tenen en compte diferents aspectes: la velocitat computacional dels algorismes, l’equilibrat de les tensions dels condensadors del bus de contínua, les pèrdues de commutació i les oscil·lacions de baixa freqüència en el punt neutre del convertidor. Totes les estratègies de modulació proposades en aquesta tesis són modulacions d’amplada de polses basades en portadora. En la primera modulació que es presenta, s’injecta un senyal comú (seqüència zero) a totes les moduladores, que es basa en els patrons de la modulació vectorial que utilitza tres vectors dels més propers al de referència (nearest-three-vector modulation). S’estudien i es comparen els resultats d’aquesta modulació amb la seva homòloga, basada en perspectiva vectorial. Una segona proposta és l’anomenada modulació d’amplada de polses de doble senyal (double-signal pulse-width modulation). Aquesta modulació és capaç d’eliminar completament les oscil·lacions de voltatge en el punt neutre del convertidor. No obstant això, es produeix un increment de les pèrdues de commutació en els dispositius de potència i, a més, no hi ha un equilibrat natural de les tensions en els condensadors del bus. Una última estratègia de modulació, anomenada modulació híbrida (hybrid pulse-width modulation), es basa en la combinació de la modulació sinusoïdal (sinusoidal pulse-width modulation) i la de doble senyal. Aquesta presenta una solució de compromís entre reduir les pèrdues de commutació, en detriment d’un augment de l’amplitud de les oscil·lacions de voltatge en el punt neutre. Una segona part d’aquesta tesis es centra en les aplicacions a generació eòlica, ja que els convertidors multinivell estan començant a ser utilitzats en aquest camp. Això es produeix fonamentalment per l’augment continu de les dimensions de les turbines eòliques. En aquesta part de la recerca s’ha considerat la configuració de dos convertidors multinivell connectats a un mateix bus de contínua (back-to-back), tot i que els convertidors han estat estudiats independentment. Inicialment s’ha estudiat el convertidor que va connectat a la xarxa elèctrica i s’ha aplicat l’estratègia de control coneguda com a control orientat a tensió (voltage-oriented control). S’han utilitzat controladors estàndard (proporcional-integral), als quals s’ha afegit un control difús que supervisa i modifica els valors de les constants dels controladors. Aquest supervisor difús millora la dinàmica de la tensió del bus de contínua davant canvis de càrrega quan el convertidor treballa com a rectificador. Per una altra part, s’ha estudiat el control d’una turbina eòlica basada en un generador d’imants permanents. En aquest cas, s’ha aplicat l’estratègia de control coneguda com a control orientat a camp (field-oriented control). S’han avaluat i comparat els avantatges i inconvenients de diferents formes de sintonitzar els controladors. / Multilevel converters are power electronic topologies that can generate three or more voltage levels in each output phase. As a result, the voltage and current waveforms generated have lower total harmonic distortion. Multilevel topologies are based on connecting power devices or converters in a series. Consequently, high voltages can be handled on the dc and ac sides of the converter, while each device stands only a fraction of the total dc-link voltage. For these reasons multilevel converters are generally applied to high-power applications. The three-level neutral-point-clamped converter is the most extensively used multilevel topology. This topology is the main focus of research in this dissertation. The main objective is to propose new modulation strategies that are able to meet a compromise solution while considering computational algorithm speed, voltage balance in the dc-link capacitors, switching losses and low frequency voltage oscillations at the neutral point. All the modulation strategies proposed here are based on carrier-based pulsewidth modulation. A new modulation strategy has been implemented using a proper zero-sequence signal injected into the modulation signals. The zero sequence is determined from a space-vector modulation standpoint, particularly the nearest-threevector modulation strategy. The proposed carrier-based technique is compared with its space-vector modulation counterpart. It shows some advantages, such as easier implementation and reduced switching events; however, it still produces oscillations in the neutral-point voltage for some operating conditions. A new modulation strategy able to completely remove such voltage oscillations is also presented. It is called double-signal pulse-width modulation. The main drawback of this strategy is that it increases the switching frequency of the power devices and has no natural capacitor voltage balance. Some balancing strategies are proposed in this dissertation for this specific modulation. Furthermore, a hybrid pulse-width modulation approach is presented which is able to combine sinusoidal pulse-width modulation with doublesignal pulse-width modulation; this represents a compromise solution between switching losses and neutral-point voltage oscillation amplitudes. The second part of this thesis is focused on wind generation applications. Multilevel converters are starting to be used in such a field nowadays, and are expected to be further applied in the near future as the sizes of wind turbines grow. Two back-toback-connected power converters are considered in this application, although they are analyzed independently. First of all, the control of the grid-connected converter is studied. A voltage-oriented control is used with standard proportional-integral controllers. The originality of the method is that a fuzzy supervisor is designed and included in the structure; the fuzzy supervisor is able to modify the proportionalintegral parameters online. It is shown how the control of the total dc-link voltage improves significantly under load changes when the converter is working as a rectifier. On the other hand, a control study is performed on the wind turbine side. The variable speed wind turbine is based on a permanent magnet synchronous generator. A field-oriented control strategy is applied. The controllers are evaluated and compared using different tuning strategies which highlight the advantages and drawbacks of each.

According to reliable statistics, electrical fire ignition sources have a notable impact regarding the generation of fires and explosions. Electrical equipment and installations can also be the victims of fire. This is due to the wearing of insulation, the reduction of dielectric strength of the air and other factors. This combination opens up a space for a wide range of experimental and educational research which until now has seen little development. The state of the art of electrical fire is introduced illustrating it with electro technical laboratory experiments as well as with real story cases. The electric arc which produces the ejection of hot particles is one of the electrical fire ignition sources, has seen little investigation. The development of experiments can help in finding out more about this phenomenon. A case study by the fire department of Catalonia can be used as an explanation, which suggests that there is a direct relationship between ventilation and air conditioning ducts made of aluminum and electrical ignition. The phenomenon electrical breakdown in gases has a special characteristic in the presence of fire. It has an effect on electricity supply, fire extinguisher security, fire investigations and the fire spread. This has brought about experiments to illustrate the point. The experiments are related with the behavior of high voltage power lines in presence of fire in our environment / Les fonts d’ignició d’origen elèctric tenen una incidència estadística notable en relació amb la generació d’incendis i explosions. Els equips i instal·lacions elèctriques també són víctimes del foc. És a causa de la destrucció dels aïllaments i la disminució de la rigidesa dielèctrica de l’aire, entre d’altres factors. Aquest conjunt dóna lloc a un espai de recerca experimental i docència ampli, que encara es troba poc desenvolupat. S’introdueix l’estat de l’art il·lustrant-lo amb experiments de laboratori electrotècnic i l’exposició de casos reals. El curtcircuit amb arc elèctric que produeix l’ejecció de partícules calentes, és una de les fonts d’ignició elèctrica poc investigades. Es desenvolupen experiments que poden ajudar a estudiar i il·lustrar aquest fenomen. S’utilitza un cas aportat pels Bombers de la Generalitat de Catalunya com a fil conductor. Suggeria una relació entre les canalitzacions de ventilació i climatització fabricades amb alumini i la ignició elèctrica. Els fenòmens de descàrrega elèctrica en gasos tenen unes característiques particulars en presència de foc.Té implicacions en el subministrament d’energia elèctrica, la seguretat dels equips d’extinció d’incendis, la investigació de sinistres i la propagació del foc. Es porten a terme experiments que contribueixen a il·lustrar-ho. Es relacionen amb el comportament de les línies aèries d’alta tensió en presència de foc en el nostre entorn.

In this work, a methodology has been developed to implement the bond behaviour between concrete and GFRP bars in the numerical modelling. Based on experimental results and applying the inverse method, the bond law to be used in the numerical model is obtained. The thesis continues with two experimental campaigns on GFRP RC elements under tensile sustained loads. The first experimental campaign consisted in testing GFRP RC elements with different target concrete strengths. The tests were carried out for a period between 35 a 39 days. Experimental results were compared with analytical codes for steel RC structures. The second experimental campaign consists on the analysis of bond of such structures under sustained load. The specimens were tested for a period between 90 and 130 days. Slip stabilization was observed to occur at 60 days after the beginning of the tests. / En aquest treball s’ha desenvolupat una metodologia que permet la implementació del comportament adherent entre formigó i barres de material compost en la modelització numèrica. A partir de resultats experimentals i aplicant un mètode invers s’obtenen les lleis d’adherència aptes per ser incorporades a la modelització numèrica. Com a continuació de l’estudi s’han portat a terme dues campanyes experimentals en elements sotmesos a càrrega de tracció mantinguda. La primera campanya experimental va consistir en l’assaig de tirants de formigó variant la resistència del formigó. Els espècimens van estar sotmesos a càrrega mantinguda durant un període de 35-39 dies. Els resultats es van comparat amb models analítics existents per reforç estructural d’acer. En la segona campanya experimental es va aprofundir en l’estudi de l’adherència a llarg termini. Els espècimens van estar sotmesos a càrrega mantinguda durant un període de 90-130 dies observant una estabilització del lliscament 60 dies després de l’inici dels assaigs.