En la presente tesis doctoral se ha estudiado y caracterizado la obtención de capas de nitruro en titanio y Ti6Al4V mediante tratamiento termoquímico de nitruración para la mejora de la dureza superficial y de la resistencia al desgaste del titanio y del Ti6Al4V.Tras un estudio estadístico de los parámetros ópticos y el efecto del tratamiento en los mecanismos de desgaste, se realizó un estudio químico y microestructural, así como de la cinética de nitruración, mediante diferentes técnicas, como rugosimetría, microscopia, difracción de electrones, de rayos X y espectroscopia Auger. El estudio de las propiedades mecánicas se realizó mediante ensayos mecánicos de tracción y de fatiga oligocíclica. Se procedió posteriormente a la caracterización electroquímica mediante técnicas de análisis electroquímico. Por último, se procedió a un estudio de la biocompatibilidad del tratamiento de nitruración.Las conclusiones obtenidas son que el tratamiento termoquímico de nitruración del titanio y de la aleación Ti6Al4V produce una capa lisa y homogénea en las muestras tratadas de titanio y de la aleación Ti6Al4V, con incrementos de la dureza superficial de hasta un 500% respecto al material no tratado, y con obtención de reducciones del coeficiente de desgaste de más de un orden de magnitud en las condiciones ensayadas.La capa de nitruros formada tiene un espesor de 1-2 ?m, formada por pequeños granos de nitruros con diámetros del orden de los 50-100 nm. El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N). Las muestras nitruradas estudiadas exhiben un buen comportamiento electroquímico, con elevadas resistencias de transferencia de carga. A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados el Ti6Al4V nitrurado no se apreciaron señales de toxicidad. / In this thesis it has been studied and characterised the obtention of titanium and Ti6Al4V nitride layers by means of thermo-chemical nitriding processing for the improvement of the surface hardness and wear resistance. After statistical study of the optical parameters and the effect of nitriding in the wear mechanisms, chemical and microstructural characterisations were made, as well as the study of nitriding kinetics by means of different techniques, like profilometry, optical and electron microscopy, X-ray and electron diffraction techniques and Auger spectroscopy. The study of the mechanical properties was made by means of static and fatigue mechanical tests. Electrochemical characterisation was made by means of electrochemical analyses techniques. Finally, the biocompatibility of Ti6Al4V nitrided samples was studied. It was concluded that thermo-chemical nitriding of titanium and Ti6Al4V alloy produces a smooth and homogenous layer in the treated samples, with increments of surface hardness up to 500% compared to non-treated material. Reductions of the wear coefficient of an order of magnitude were also achieved in test conditions. The obtained nitride layer has a thickness of 1-2 micrometer, and it is formed by small nitride grains with diameters of the order of 50-100 nm. The main component of the layer is titanium nitride (Ti2N). The studied nitrided samples exhibit excellent electrochemical behaviour, with a high resistance to electric load transference. The results obtained in the toxicity tests did not show signals of toxicity of the nitrided Ti6Al4V.

La síntesis y el estudio de complejos polinucleares de metales de transición constituyen un área de gran interés en la Química Inorgánica. La presencia de varios centros metálicos en una misma molécula puede modificar la reactividad que cabría esperar en compuestos metálicos. Por otra parte, estos sistemas polinucleares sirven como modelos a escala molecular para el estudio de ciertos procesos catalíticos como los que tienen lugar sobre superficies metálicas u óxidos metálicos.El estudio teórico de dos familias de compuestos metálicos bien diferenciadas constituye el núcleo de esta tesis. En ambos casos el objetivo principal es ayudar a racionalizar las características químicas de las especies analizadas. El tratamiento se basará en cálculos teóricos mediante la teoría del funcional de la densidad, que han demostrado ser apropiados a la hora de estudiar agregados metálicos. Una primera parte, consta del estudio de la nueva familia de compuestos cubánicos de titanio que han sido recientemente sintetizados por el grupo del profesor Mena de la universidad de Alcalá de Henares. Un estudio teórico de dichos compuestos en colaboración conjunta con el trabajo en el laboratorio se ha venido realizando. Fruto de esta colaboración, nuevas pautas de investigación se han tratado de proponer por ambas partes. Como ejemplo, el análisis teórico para la obtención de espectros de resonancia magnética nuclear por métodos ab initio, que se expone en el segundo capitulo de la tesis, es fruto de un esfuerzo por parte de nuestro grupo por entender y racionalizar los datos de RMN obtenidos en el laboratorio para la caracterización de los compuestos. Además, fruto de los excelentes resultados obtenidos en este estudio, los conocimientos han sido aplicados a otros campos de interés dentro del grupo. Un estudio de la viabilidad para el análisis teórico del espectro de los núcleos de 183W en compuestos de Keggin forma un apartado importante en esta memoria.Fruto de una estancia de seis meses en el grupo del doctor McGrady de la universidad de York surge un segundo apartado basado en el estudio de las importantes capacidades catalizadoras de los compuestos binucleares de molibdeno con azufres puente. La gran importancia industrial de procesos de hidrogenación catalizados por este tipo de compuestos ha despertado un gran interés, no obstante algunos aspectos del mecanismo de estas reacciones permanecen sin aclarar. El estudio teórico de esta reacciones puede proporcionar un poco de luz a estos aspectos. Dentro del estudio de los compuestos cubánicos de titanio, los resultados principales se refieren a los asuntos siguientes:- Descripción de las características estructurales y electrónicas de las especies implicadas. La disposición de los ligandos tridentados, (precubanos) de fórmula general [{TiCp*(-O)}3(3-CR)] y [{TiCp*}(-NH)}3(3-N)], para actuar como ligandos macrocíclicos donores de seis-electrones proporciona una ruta eficaz para la obtención de estructuras cúbicas con esqueleto [MTi3(3-Y)(-X)3]. Reacción del ligando con el fragmento metálico Es de esperar que fragmentos de casi todos los grupos metálicos sean capaces de interactuar con estos ligandos. Así se ha estudiado la formación de estructuras cubánicas a partir de fragmentos metálicos de los grupos 1,2, 4-6, 9, 13 y 14. Cambios en la naturaleza de la interacción, en el comportamiento del ligando, estructura molecular han sido analizados. Los resultados muestran las versatilidad de estos ligandos para actuar no sólo como donores de electrones si no también como posibles aceptores a través de los orbitales vacíos de los metales. Una mención especial en este apartado es necesaria para los isomeros acetilénicos y vilidénicos encontrados a partir de la deprotonación del compuesto [{TiCp*(-O)}3(3-CMe)] por la interacción con fragmentos metálicos del grupo 2. En este caso, el núcleo formado por los átomos de titanio sirve como base para la estabilización de estas especies.- Estudio de la estabilidad de los compuestos y de los procesos energéticos en que están implicados (energías de la reacción, procesos de la isomerización). Un estudio de las condiciones experimentales que conducen a la obtención de estructuras cúbicas será analizado. El desplazamiento de ligandos lábiles en fragmentos metálicos por parte de los ligandos tridentados para formar los correspondientes cubanos ha sido probado, o también la activación de los enlaces nitrógeno-protón del ligando por interacción con el fragmento metálico. Estos procesos vienen caracterizados por unas condiciones energéticas favorables, estas condiciones son analizadas y estudiadas por su utilidad a la hora de proponer nuevas vías de síntesis en el laboratorio. Además, algunos compuestos presentarán evidencias del tener más que un isómero, o de experimentar un comportamiento dinámico en solución. Estas situaciones también se han descrito. Como resultado ha sido descrito el comportamiento de estas estructuras como ligandos mono- di- y tridentados, y adicionalmente como ligandos neutros o aniónicos. A su vez, respecto de la interacción con el fragmento metálico, un comportamiento como ligandos simples, que solo estabilizan el metal, o dobles, estabilizando metal y su respectivo contraión, han sido descritos.- La influencia del solvente también se ha evaluado debido a la importancia que tiene su presencia en la obtención o no de ciertos compuestos. La termoquímica relacionada con la presencia del disolvente ha sido analizada desde el punto de vista teórico, debido a la imposibilidad de explicar ciertos procesos a partir de estudios en fase gas. Un modelo basado en un medio continuo de constante dieléctrica conocida se utiliza para demostrar los efectos del solvente. Para una misma familia de compuestos, solamente en algunos casos la interacción con los ligandos precubánicos conducen a la formación de los correspondientes cubanos, o en condiciones muy específicas. Por ejemplo, ha sido estudiado que los efectos del solvente son un factor decisivo en la obtención de los cubanos a partir de las sales de metales alcalinos y alcalino térreos. Este efecto permite explicar como la energía de red de las sales es fuertemente debilitada por la presencia del solvente, como factor principal en la obtención de las especies, por encima de la energía de interacción con el ligando. - Descripción de algunas características químicas importantes. La contribución de los espectros de resonancia magnética nuclear resulta decisiva para la caracterización de los compuestos. Una descripción en detalle de las particularidades en el cálculo de los desplazamientos químicos para espectros de RMN es revisado en un apartado puramente teórico, especialmente para los métodos DFT. La activación del enlace C-H del carbono apical en el ligando [{TiCp*(-O)}3(3-CH)] durante la formación de estructuras diméricas fue seguida mediante espectroscopia RMN de 13C. Los grandes cambios experimentados en los desplazamientos químicos entre las especies protonadas y no protonadas han sido descritos y racionalizados perfectamente mediante cálculos teóricos. Los resultados obtenidos corroboran las suposiciones experimentales y proporcionan una visión muy clara de los procesos electrónicos que conducen a estos resultados. El carácter predictivo de estos estudios para con otras especies es claro, no obstante cuantitativamente hablando se encuentran dificultades a la hora de atribuir todos los desplazamientos.Fruto de los excelentes resultados obtenidos en la descripción de los valores de RMN para los compuestos cubánicos, estos estudios se han ampliado a otros campos de interés para nuestro grupo de trabajo. Una sección, en parte diferente a la estructura global de la tesis, se ha dedicado ha mostrar estos primeros pasos a la hora de examinar las capacidades de los métodos DFT para computar los desplazamientos en núcleos de 183W en compuestos de Keggin. Nos encontramos ante unas mayores dificultades a la hora de reproducir los espectros experimentales, y gran parte de nuestros esfuerzos se han centrado en tratar de buscar la forma de trabajo más adecuada en términos de precisión y de coste computacional. La investigación y el interés continúan abiertos en un campo que necesita nuevas revisiones, sobre todo a la hora de racionalizar las posibles fuentes de error.Las importantes características catalíticas de los sulfuros de molibdeno son objeto de estudio en la segunda parte de la tesis. El estudio teórico intentará aclarar ciertos aspectos confusos en la mecanistica asociada con las reacciones de estos compuestos. Estos complejos dinucleares de molibdeno con ligandos puente de azufre son una de las familias que posee una gran flexibilidad estructural y electrónica. Parte de los posibles isómeros del compuesto tipo [(CpMo)-S2]2 han sido estudiados, prestando gran interés al intercambio electrónico metal ligando con el cambio de estructura. Ejemplos de estructuras cerradas (a-b) y abiertas (c-d) para el complejo La capacidad de los complejos del sulfuro de activar el hidrógeno molecular y de catalizar la reducción del substrato por el hidrógeno es particularmente relevante en la química. En especial los procesos relacionados con la activación de hidrógeno y posterior reducción de un sustrato ligado a los azufre puente son analizados; y en particular aquellos relacionados con la estructura electrónica del catalizador y del substrato. En estos estudios se pone de manifiesto la importancia catalizadora del metal, sirviendo como puente para protones en la reducción. A su vez se muestra como la naturaleza del sustrato resulta decisiva a la hora de observar una eliminación de hidrógeno molecular o una obtención del substrato reducido.Tarragona, 2004 J. Gracia / The overall framework of this report aims to summarize the work we have done over the past four years. Conceptually, this thesis is divided into three parts. The nucleus is based on a joint project with prof. Mena, of the University of Alcalá, whose group is involved in the synthesis and characterization of new aza- and oxo- titanium cubanes. These families of compounds are basically obtained from preorganized titanium tridentate ligands which can incorporate almost all the metals of the periodic table and yield the corresponding heterometallic cubanes. In this respect, the theoretical study is based on and adapted from the progress in the laboratory work. Practically every section in this part starts by describing the experimental data available for the specific system studied when we began the analysis. Then we go on to describe the theoretical study and attempt to involve the reader in the problems discussed. As a consequence of the advance in the experimental work, NMR spectra are used to characterize the new compounds. This leads us to initiate studies in the computational simulation of NMR chemical shifts. The most theoretical part of this report is an assimilation of these studies. The excellent results obtained for the cubane compounds enabled us to extend the knowledge acquired to other interesting fields and our group has started a study of the NMR shielding tensors in polyoxometalate compounds. The third part of the thesis focuses on some molybdenum-sulphide clusters and their activity as catalysts.Chapters 3 and 4 focuse on the electronic structure of the new titanium cubane compounds recently synthesized by Mena et al. We work parallel to an experimental group to compare and contrast the theoretical and experimental data, and so establish the base chemistry of these new compounds. In this sense, the various reaction energies were studied, and the compounds and their possible isomers were characterised by means of DFT methods. Particular emphasis is paid to the properties of incomplete Ti3 core cubane tridentate ligands (precubanes) as bases for obtaining cubanes. The electronic structure, bonding energies, electron transfer processes and reactivity in the titanium Ti3 core of the metal clusters are studied.The reaction of the azatitanium compound with some titanium derivatives leads to nitrocubane formation (see Scheme 1.3). This reaction forms a cubane compound by adding the fourth vertex to a structure that becomes a precubane. Scheme 1.3. Reaction of with Chapter 5 summarizes the work carried out during a six-month stay in Dr. John E. McGrady's group, which uses density functional theory to explore problems of structure, bonding and reactivity in inorganic compounds. The main focus of the research is metal-metal bonding in cluster compounds. Transition metals have a prominent position in catalysis, both in industrial and biological contexts, and the ultimate goal is to understand the part played by the metal and its ligand environment in facilitating a particular chemical transformation. Chapter 5 studies the electronic structure of the core catalysts and the mechanism of their, unresolved, catalytic activity. The various possible isomers with the generic formula were studied, and the energy of the electron transfer between the metallic centres and the sulphide ligands, so important in the catalytic process, was investigated in depth. Subsequently, the mechanism of the hydrogen activation reaction promoted by these bi-molybdenum compounds (Equation 1.1) was studied, and the nature of the different reaction pathways was elucidated.[(CpMo(-S))2(S2CH2)] promotes the hydrogenation of alkynes to cis alkenes, allenes to alkenes, and ketenes to aldehydes and the hydrogenolysis of carbon disulphide to hydrogen sulphide and thioformaldehide. The mechanisms of hydrogen interaction with these complexes have not been established. It is apparent that the sulphide ligands play a role in hydrogen coordination, and this ligand reactivity was a dominant characteristic throughout the study of these dinuclear molybdenum systems. Equation 1.1

El aumento de tratamientos prostodónticos implantosoportados para restituir la perdida de dientes supone que la cirugía de implantes sea una actividad habitual en las clínicas odontológicas, por ello la operación de colocación de los implantes debe garantizar el éxito teniendo en cuenta unas recomendaciones importantes entre las que destaca evitar el calentamiento excesivo del hueso durante la perforación del lecho óseo que puede provocar desnaturalización de proteínas y necrosis ósea.También es necesaria la máxima biocompatibilidad en la prótesis ha realizar sobre los implantes de titanio debido a la corrosión galvánica que existe por el contacto de metales de distinta naturaleza dentro de un medio conductor como es la saliva, para evitar esto se usa titanio como metal para prótesis, pero existen dificultades de manipulación y de unión con la cerámica que dificultan su aceptación clínica generalizada.El primer tema de investigación fue el estudio in vitro del control de la temperatura del hueso durante el fresado del lecho óseo. Se fabricaron tres fantomas para valorar las diferencias que pueden existir entre diversos sistemas impulsión de suero fisiológico y de irrigación del lecho óseo en función del diseño de las fresas. Se observó que las condiciones en que el suero fisiológico va desde la botella hasta la zona quirúrgica influyen en su calentamiento, encontrando diferencias estadísticamente significativas entre las bombas de impulsión usadas, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre fresas cortas y largas con irrigación interna cerca de la punta de la fresa. También se valoró in vitro la eficacia de tres sistemas de irrigación (externa, interna en la base de fresa e interna en la punta de la fresa) para hacer llegar un volumen de suero adecuado en el fondo del lecho fresado y su influencia en la evolución de la temperatura del hueso fresado. Se observó que la irrigación interna cerca de la punta de la fresa obtuvo los mejores resultados con diferencias estadísticamente significativas respecto los otros sistemas de refrigeración.El segundo tema de investigación fue valorar la adhesión entre las estructuras protésicas fabricadas en diversos tipos de titanio y algunas cerámicas cocidas sobre él, mediante ensayos mecánicos de flexión en tres puntos. Un estudio preliminar permitió valorar si las diferencias entre el titanio grado 2 y el grado 4, que tienen propiedades mecánicas y químicas distintas, podían influir en la unión con las cerámicas y en su comportamiento mecánico. A partir de los resultados se definió el grado de titanio y el tratamiento superficial que optimiza la adhesión con las cerámicas para realizar un segundo estudio de comparación entre titanio colado y mecanizado. Para el estudio preliminar se fabricaron unos modelos de simulación con distintas combinaciones de titanio y cerámicas, que se ensayaron mecánicamente y se observaron con microscopio electrónico para analizar las fracturas. En este estudio obtuvo mejores resultados de resistencia a la flexión la combinación de titanio grado 4 y cerámica, pero se observó que era mejor la adhesión entre el titanio grado 2 y la cerámica debido a la mayor micro-rugosidad superficial del titanio grado 2.La comparación entre titanio colado y mecanizado se realizó de acuerdo a la Norma Europea EN ISO 9693:1999 publicada en español en septiembre de 2.000. Se usaron combinaciones de Cr-Ni y Cr-Co con cerámica a modo de control negativo.Los valores de resistencia a flexión del titanio colado y mecanizado no presentaron diferencias estadísticamente significativas entre ellos, además superaron ampliamente los mínimos exigidos para la aplicación clínica de una combinación de materiales.

El titanio es un metal abundante en la Tierra que presenta buenas propiedades mecánicas, baja densidad, resistencia a la corrosión y, además, es biocompatible. Estas características hacen que el titanio y sus aleaciones sean muy utilizados en una gran variedad de aplicaciones tecnológicas, sobre todo en la industria médica, química, naval y aeroespacial. Asimismo, recientemente se ha introducido su uso como metal semi-noble en el ámbito de la joyería y de la bisutería. Para mejorar las propiedades superficiales del titanio se le puede someter al tratamiento superficial de oxidación que, además, puede originar una variedad de colores muy atractiva que amplía las posibilidades del titanio en el sector de la joyería y de la decoración. Existen distintas técnicas para llevar a cabo la oxidación superficial del titanio para producir su coloración, como son el tratamiento térmico, el procesado con plasma o la oxidación electrolítica. No obstante, existe una alternativa interesante: el tratamiento superficial con láser. Esta técnica presenta una gran resolución espacial, rapidez de procesado y ausencia de contacto material con la pieza a tratar. Además, la posibilidad de irradiar zonas de difícil acceso y la versatilidad de los sistemas de marcado proporcionan al láser una gran aplicabilidad en la coloración del titanio. El objetivo de este trabajo es el estudio de la coloración del titanio mediante la oxidación del titanio en aire con un láser de marcado de Nd:YAG (lambda = 1064 nm) así como la evaluación de la viabilidad industrial de esta técnica en la realización de motivos. Además, se estudian las causas del color de las muestras obtenidas mediante el procesado con láser. El estudio comprende el análisis de la morfología y la composición resultantes al irradiar con un solo pulso láser, al acumular pulsos con una frecuencia de repetición de 30 kHz, al realizar trazas láser en modo continuo y en modo pulsado mediante el desplazamiento del haz láser sobre la superficie de la muestra y, finalmente, al tratar áreas extensas por solapamiento de trazas. Asimismo, se lleva a cabo un estudio de viabilidad de esta técnica mediante la realización de motivos decorativos.El análisis morfológico del titanio tratado con láser revela cambios significativos en la morfología superficial debido a movimientos termocapilares del material fundido, a los elevados esfuerzos mecánicos que aparecen en el material, a la vaporización y a la formación de un plasma intenso durante el tratamiento. Por otro lado, las muestras presentan distintos colores que, en algunos casos, muestran una tonalidad secundaria. El análisis por microscopia óptica revela que el color de las muestras no es uniforme pues presentan zonas micrométricas de distintos colores. El análisis composicional pone de manifiesto que las muestras están formadas por Ti2O,gamma-TiO,beta-Ti2O3 y TiO2. El estudio de las propiedades ópticas y estructurales de las muestras tratadas con láser así como el análisis comparativo con muestras anodizadas indican que el color es originado esencialmente por fenómenos de interferencias en una capa fina superficial de TiO2 transparente influido, según el caso, por la composición debajo de éste y, en menor medida, por fenómenos de absorción óptica de los demás óxidos.Finalmente, el estudio del color llevado a cabo mediante la variación de los parámetros tecnológicos relacionados con el marcado con láser pone de manifiesto la viabilidad de esta técnica para la realización de motivos en color sobre titanio. Se han empleado distintos modos de operación para efectuar diseños vectoriales, motivos con áreas rellenas de colores y mapas de bits realizados a base de píxeles de colores. Estos modos de marcado permiten realizar diseños de gran calidad, con colores muy atractivos y uniformes.

Se colaron las muestras en titanio, en cromo cobalto y en aleación de oro. Se miró el ajuste de estos colados a una pieza mecanizada de titanio sin cementar y cementadas a ella. Sin cementar ambas piezas se determinó de forma significativa que las muestras coladas en titanio mostraban un desajuste mayor que las fabricadas en cromo-cobalto y en oro. Una vez cementadas se determinó que las muestras de titanio mostraban un desajuste mayor que las de cromo-cobalto, pero no en las de oro. Posteriormente se comprobó la retención del cemento entre el colado y la pieza mecanizada. No se determinaron diferencias significativas en la resistencia a la torsión dependiendo del material usado para el colado. / Es van colar mostres en titani, en crom cobalt i en aleació d'or. Es va mirar l'ajust d'aquests colats a una peça mecanitzada de titani sense cementar i cementades a ella. Sense cementar les peces es va determinar de forma significativa que les mostres colades en titani mostraven un desajust més gran que les fabricades en corm-cobalt i en or. Una vegada cementades es va determinar que les mostres de titani mostraven un desajust més gran que les de rom-cobalt, pero no que les d'or. Posteriorment es va comprovar la retenció del ciment entre el colat i la peça mecanitzada. NO es ven determinar diferències significatives en la resistència a la torsió depenent del material usat pel colat.

El objetivo del presente trabajo es el de optimizar las propiedades de la aleación Ti-0.2Pd con la finalidad de que sea una alternativa a las aleaciones de titanio empleadas actualmente en el campo de los biomateriales. Para ello, se han realizado tratamientos térmicos con el propósito de mejorar sus propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, y tratamientos superficiales para incrementar su resistencia al desgaste.En primer lugar se ha realizado la caracterización microestructural (R.X., microscopía óptica, SEM y TEM) de la aleación Ti-0,2Pd, la cual experimenta una transformación de fase alfa (h.c.) beta (c.c.) que se produce en un intervalo de temperaturas entre 750 y 900 ºC (alfa-transus). En función de la temperatura, varían tanto la forma de nucleación de la fase alfa como la cinética del proceso de transformación. Al someter el material a un tratamiento de temple, la fase presenta una transformación martensítica. El porcentaje de fase martensítica (alfa') aumenta con la temperatura del tratamiento, lo cual comporta un aumento de las propiedades mecánicas de la aleación.Por otra parte, se han realizado estudios potenciodinámicos, comprobando como la adición de Paladio facilita el proceso de pasivación respecto al Titanio sin alear, observándose además, que el tratamiento térmico de temple favorece dicho proceso. En las muestras con una estructura bifásica alfa + alfa' la fase martensítica reacciona de forma preferente durante el ataque químico. La aleación Ti-0,2Pd presenta una notable resistencia al proceso de ataque por picaduras en soluciones de cloruros, no existiendo diferencias significativas entre las muestras sometidas a diferentes tratamientos térmicos.Para mejorar la resistencia al desgaste del material se han realizado tratamientos de nitruración gaseosa a diferentes temperaturas y tiempos; el nitrógeno endurece la superficie de la aleación Ti-0,2Pd debido a la formación de los correspondientes nitruros de titanio y por un endurecimiento por solución sólida. Este incremento de las características mecánicas superficiales se traduce en una disminución del valor del coeficiente de fricción, determinado mediante ensayos de Pin on disc, que comportará una mejora de la resistencia al desgaste del material. Por otra parte, mediante un proceso de deposición en fase vapor, se han obtenido recubrimientos de TiN y (Ti,Al)N, los cuales muestran unas propiedades mecánicas superficiales netamente superiores en comparación con la aleación Ti-0,2Pd y menores valores del coeficiente de fricción. Ahora bien, la adherencia de estas capas no es buena, lo cual comporta el repentino desprendimiento del recubrimiento provocando un proceso de desgaste más rápido de lo esperado. La deposición de los recubrimientos de TiN y (Ti,Al)N sobre un sustrato de la aleación Ti-0,2Pd previamente endurecido por nitruración gaseosa permite mejorar la adherencia de dichos recubrimientos.A partir de los resultados obtenidos en este trabajo, puede proponerse la aleación Ti-0,2Pd tratada térmicamente, como una alternativa al Titanio c.p. en el campo de los biomateriales debido a su mejor comportamiento tanto mecánico como químico. Así, puede ser de interés su aplicación en el campo de los implantes dentales y equipamiento odontológico, en el cuales las condiciones medioambientales son altamente agresivas.En aquellas aplicaciones en que se está empleando la aleación Ti-6Al-4V, tendrá que evaluarse si las propiedades mecánicas que presenta la aleación Ti-0,2Pd son suficientes para garantizar su buen comportamiento en servicio, valorando también que su mejor resistencia a la corrosión supone una mayor estabilidad durante largos periodos de tiempo. Se ha de tener en cuenta que en los últimos años se ha desencadenado una cierta controversia sobre la biocompatibilidad del aluminio y el vanadio presentes en dicha aleación.

El éxito clínico de los implantes dentales, fabricados en titanio comercialmente puro (Ti c.p.), está basado en la consecución de la osteointegración, es decir, la conexión directa estructural y funcional entre el hueso vivo, ordenado, y la superficie del implante. La mejora de la osteointegración a corto y largo plazo es función de múltiples factores, de entre los cuales, la calidad superficial del implante (fisicoquímica y topográfica) es de gran importancia. De hecho, todas las interacciones biológicas y mecánicas que se dan entre el implante y los tejidos circundantes son a través de la interfaz creada entre dichos tejidos y la superficie del material implantado.En este trabajo se estudian y desarrollan distintos tratamientos aplicados sobre la superficie de los implantes dentales con el objetivo final de obtener implantes con una mejor osteointegración, tanto a corto como a largo plazo. En la primera parte se obtienen superficies rugosas por medio del tratamiento del granallado.La rugosidad de las superficies de Ti c.p. granalladas depende no sólo del tamaño de las partículas abrasivas de proyección empleadas (125 - 300 m; 425 - 600 m; 1000 - 1400 m), sino también de su naturaleza química (Al2O3, SiC, TiO2 y ZrO2) y su forma. Esta rugosidad se debe cuantificar con, al menos, dos parámetros, uno de altura (Ra) y otro de espaciado (Pc). Además, cualquiera que sea la naturaleza química de las partículas empleadas, quedan restos de las mismas sobre las superficies tratadas. Con estas premisas, las propiedades de la superficie del Ti c.p. granallado se han podido optimizar, ya que la respuesta de adhesión y diferenciación de los osteoblastos está influenciada por la rugosidad y la naturaleza de las partículas de proyección. Además, aunque el aumento de rugosidad y las tensiones residuales que se inducen con el granallado influyen sobre el comportamiento electroquímico del material, éste es adecuado con respecto a su resistencia a la corrosión, de acuerdo a su posible utilización como material para la fabricación de implantes dentales.En la segunda parte se obtienen superficies rugosas y bioactivas por medio de un tratamiento en dos pasos: en primer lugar se granalla el implante (con las condiciones óptimas determinadas en la primera parte); y después se aplica un tratamiento termoquímico. El tratamiento termoquímico consiste en atacar el metal con NaOH y obtener en su superficie un gel hidratado de titanato de sodio. Este gel se deshidrata y densifica con un tratamiento térmico a 600 oC. En estas condiciones, el Ti c.p. es bioactivo.Las superficies de Ti c.p. granalladas con Al2O3 y tratadas termoquímicamente, demuestran su potencial bioactividad porque hacen crecer por vía química in vitro, sobre su superficie, una capa de apatita; y la confirman, al crecer también in vivo. Sin embargo, la presencia de los restos de partículas de SiC sobre la superficie del metal inhibe su bioactividad. Estas superficies rugosas y bioactivas se estudian de forma comparativa, in vitro e in vivo, con otras no rugosas y/o bioinertes. La respuesta de diferenciación de los osteoblastos y la osteointegración a corto y medio plazo se ven favorecidas por la combinación sinérgica de la rugosidad y la bioatividad del metal. Como consecuencia, los implantes rugosos y bioactivos son candidatos preferenciales para ser utilizados en los procedimientos clínicos de carga inmediata.

La tesi s’engloba en un context energètic en el que les tendències actuals del subministrament i el consum d’energia són clarament insostenibles. No és exagerat dir que el futur de la prosperitat de la humanitat depèn de la manera en què responguem als dos principals reptes que se’ns plantegen en l’actualitat en matèria d’energia: assegurar un subministrament d’energia fiable i assequible, i passar ràpidament a un nou sistema de subministrament de l’energia amb baixes emissions de carbó, eficient i respectuós amb el medi ambient. De entre totes les tecnologies disponibles, la generació d’hidrogen solar mitjançant el trencament fotoelectroquímic de l’aigua ha estat considerada la més prometedora en quant a l’obtenció de sistemes estables de fotoelectrólisi. Més concretament, els òxids metàl•lics han centrat l’atenció de la comunitat científica com els materials ideals per a implementar els fotoànodes. L’òxid de titani és el material per excel•lència en fotocatàlisi. Això és degut principalment a la seva gran estabilitat en tot tipus de medis i a la gran varietat de rutes de síntesi que es poden utilitzar per a la seva obtenció (sol-gel, hidrotermal, solvotermal, oxidació directa, deposició química en fase vapor, deposició física en fase vapor, electrodeposició, mètode sonoquímic, anodització, etc). A la primera part vàrem analitzar vàries de les rutes de síntesis que permeten obtenir nanoestructures de TiO2 amb característiques ben diferents. Totes elles tenen en comú una gran superfície activa per tal que es puguin produir el màxim de reaccions a la superfície. Donades les limitacions intrínseques de l’òxid de titani degut a la seva baixa absorció a la regió visible de l’espectre solar com a conseqüència de la seva elevada banda prohibida (3.2 eV), ens centràrem en les possibles millores que se’n poden derivar de la modificació química i/o estructural mitjançant la incorporació d’elements estranys en el si de la matriu de l’òxid de titani. Vàrem diferenciar entre additius catiònics i aniònics i més concretament en la incorporació de ferro i nitrogen, respectivament. Vàrem estudiar com la presència d’aquests elements afecten les propietats òptiques i elèctriques dels nostres materials i com podíem controlar el seu impacte en aquestes propietats . Finalment, vàrem presentar com la utilització d’estructures composades de varis semiconductors permeten millorar amb escreix els rendiments obtinguts mitjançant la introducció d’additius per tal de modificar l’estructura de l’òxid de titani. En concret, estudiàrem l’heteroestructura CdS@TiO2. En aquesta mena d’estructura el CdS actua com a material absorbidor i l’òxid de titani com a material suport que proporciona la nanoestructura necessària per a dotar el dispositiu d’una bona conducció d’electrons i d’una gran superfície activa / "Synthesis of nano structured titanium dioxide for energy applications" After the pioneering work of Fujishima and Honda, who demonstrated the possibility to electrolyze water to hydrogen fuel using a solar-driven titanium dioxide photoelectrode (PE) cell, researchers looked for other semiconductor oxides or solid solutions resistant to photocorrosion. As alternatives, conventional semiconductors like Si, GaAs, InP, CuInSe and CdTe display impressive efficiencies as PEs but their low stability in water solutions and high cost hinders their use for such applications. On the other hand, TiO2 has been extensively investigated as an environmentally harmonious and clean photocatalyst. Titania’s main advantages are its reasonable optical and electronic properties, a fair photocatalytic activity, and especially its low cost, excellent chemical stability and nontoxicity. However, its practical application has been limited by its low efficiency and wide bandgap, which requires ultraviolet (UV) radiation as the excitation source. In this work, we present different routes of synthesis to obtain nanostructured titania with the aim of increase the active surface area which one of the main limiting factors. In a second part, we explored to different approaches for the improvement of the absorption range of the visible spectrum: introduction of transition metals, such as iron, and doping with non-metal such as nitrogen. Finally, we introduced a new concept that allows overcoming the intrinsic limitations of the introduction of strange elements inside de matrix of TiO2. The use of heterostructured materials, which is match two different materials, such as TiO2 and CdS, with different band gaps to take profit of a wider range of the solar spectrum.

The work presented in this thesis consists of two distinct parts. The first years of my work focused on the development and improvement of a new equipment built to study magnetic and electrical properties, particularly applying microwaves in reflection and transmission conditions. The sample space in conventional cryostats with superconducting magnets is usually smaller than 10-mm-diameter. Our equipment consists of a hollow cylindrical cryostat having a 33-mm-diameter hole all along its vertical axis. These characteristics enable the measurement of large samples and the use of big resonant cavities to get to a wider microwave (MW) range, particularly in transmission measurements. The cryostat has a superconducting magnet made of a solenoid that applies a magnetic field from -5 T to 5 T, and a temperature controller that works in the range 1.8 - 300 K. The system is cooled down with nitrogen and helium and the temperature can be controlled with the precision required by each experiment using a heater and a needle valve. Different probes for a wide range of experiments in our cryostat have been developed in order to be as versatile as possible. Following this idea each one has been divided in two halves that can be combined as it is preferred in each experiment. Each probe is made of a 8-to-10-mm-diameter stainless steel tube that is used to protect and give some stiffness to the measuring device. A coaxial cable and different waveguides are added to these stainless steel jackets, so we end up having nine halves, four upper parts that can be combined with five lower parts. There are three waveguides working in the frequency ranges 33-50 GHz (WR22), 50-75 GHz (WR15) and 75-110 GHz (WR10), and a coaxial cable that maintains the fundamental mode at a frequency of 60 GHz. In the extra lower part a 16-pin Fischer connector is added at the bottom in order to be able to perform more resistance experiments. Once the probes have been built, they have been tested to make sure the system is able to reach high vacuum and to be cooled down. Problems found along the way have been solved and at the end all the probes work properly. Different sample holders have been designed and built according to the needs in each experiment. The system has been tested by reproducing experimental results with Mn12-acetate, as quantum tunneling and magnetic avalanches, and by obtaining new results on microwave transmission in thin TiN films. The second part of the thesis focuses on the measurements of thin TiN films in a dilution refrigerator working with a mixture of 3He and 4He that enables experiments at a few tens of millikelvins. The cryostat also contains a superconductor magnet which can apply a magnetic field up to 5 T. Low-temperature transport properties of nanoperforated superconducting TiN films have been experimentally studied. Resistance measurements have been performed in the critical region of the superconductor-insulator transition (SIT), applying the magnetic field perpendicular to the plane of the structure or the dc current through the sample. SIT is a transition from a superconductor to an insulator state by localizing the Cooper pairs. The evolution of the SIT with temperature, magnetic field and dc current has been investigated in detail. Characteristic parameters have been determined for as-cast thin films using the theory of quantum corrections to conductivity. Disorder-driven and field-induced SITs have been measured. Commensurability effects have been observed down to the lowest experimental temperature, and are emphasized in the more disordered samples. The SIT has been observed for a dc current applied across the sample as changes in the curvature at zero bias current. Experiments prove that electronic transport in the nanoperforated samples is mediated by Andreev conversion. Finally, the existence of the superinsulator state has been experimentally proved. / El treball que es presenta en aquesta tesi consta de dues parts ben diferenciades. La primera pretén el desenvolupament d’un equip experimental concebut per a l’estudi de propietats magnètiques i elèctriques en materials diversos i, en especial, el treball amb radiació de microones en condicions de reflexió i transmissió. La segona s’ha centrat en les mesures de transport d’una capa fina superconductora de nitrur de titani (TiN) de 5 nm de gruix en un criòstat de dilució.