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Pillar I: Wide-bandgap semiconductors To develop a continuous flow photoelectrochemical electrolyzer to perform photoanode-driven NO reduction on Cu2O dark cathodes at a lower operating cell voltage obtaining a better Faradaic and energy efficiency. Pillar II: 2D materials The general objective of this pillar is the production of MAX films by magnetron sputtering. Thin films library will be produced with a variation of different concentrations of the elements M, A and X to obtain the optimal composition and thus improve the MXenos synthesis process. A second step is the production of the MXenes by varying the acid treatment parameters such as time and acid concentration. Electrochemical electrode modification with MXenes is the most promising approach to improve sensitivity, selectivity, analyte adhesion, and detection limits in electrochemical detection devices (sensors). Due to such reasons, nanomaterialbased electrochemical (bio)sensors have attracted enormous attention in recent years for the detection of a variety of analytes. In this sense, a last stage of the project would be the evaluation of the use of electrodes based on MXenes in electrochemical sensors for the detection and quantification of biomolecules (eg. neurotransmitters, glucose). It seeks to understand how the synthesis parameters of the MAX phases as well as that of the MXenos films could affect their performance as an electrode in said sensors for the detection of biomolecules of importance for human health. Pillar III: Bifacial PV system The general objective of the pillar pursues the experimental study of the impact of the main operating conditions on the energy production of photovoltaic systems connected to the grid (SFCR) based on bifacial technology. The conditions to be studied are the distance between the fixed-angle photovoltaic modules to the ground, the reflection and albedo properties of the ground, as well as the inhomogeneities of the irradiance received by the back side.
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This project proposes the adaptation of the 2D MXenes nano-films: and its application as an active SERS substrate for the detection of standard organic As typical of marine species to be developed in the facilities of the Pontifical Catholic University of Peru
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The present proposal aims to systematically study thermal activation and host-mediated rare-earth (RE) indirect excitation mechanisms in sputtered Indium Tin Oxide (ITO) and Aluminum doped Zinc Oxide (AZO) thin films embedded with Terbium (Tb) and Thulium (Tm) impurities. These are direct wide bandgap degenerated semiconductors that have the potential to combine low electrical resistivity and high visible optical transmittance, with light emission features, when doped with REs. There are only a few reports where a transparent conductive oxide has been doped with REs. In these cases, very little or no light emission was observed.1¿4 In addition, there is a lack of consensus on the excitation and activation mechanisms of RE-doped, wide-bandgap materials. Here, we develop new dispersion models to describe the absorption edge and complex refractive index considering excitonic effects, coupled to Drude, Lorentz and direct fundamental absorption processes. Our models will be experimentally tested and will serve as a platform to assess the RE indirect excitation mechanism via the formation of bound excitons to RE clusters in these materials. We expect to make the latter excitation mechanism evident by inducing the thermal quenching of the RE-related luminescence in a temperature range in which excitons cannot exist, thus determining the excitonic binding energy for RE clusters with different sizes. The project is aligned with the Dielectric Materials and Films ONR program and we believe it substantially contributes to the U.S. objective of mitigating potential supply disruption and lack of innovation in the area of RE materials. We aim to conduct fundamental research in order to develop novel RE-doped, wide bandgap semiconductor materials with optoelectronic properties that are suitable for applications in the naval, military and defense fields, renewable energies, light emitting and sensing devices, gas sensors and advanced optoelectronics.
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En el 2011 se reportó una nueva familia de materiales 2D denominados MXenos que surgen a partir de un proceso de disolución química selectiva del elemento A de las denominadas fases MAX. Las fases MAX son carburos/nitruros ternarios con fórmula general Mn+1AXn donde M es un metal de transición (Ej. Ti, Cr, Zr), A un elemento del grupo IIIA y IVA (Ej. Al, Si) y X es carbono o nitrógeno. Los MXenos poseen estructura nanolaminar, alta área superficial, conductividad eléctrica, hidrofilicidad, actividad electrocatalítica, alta capacidad de adsorción, etc. Por lo tanto, ofrecen alto potencial de aplicabilidad en áreas de energía, medio ambiente y salud. Los MXenos usualmente se preparan por ataque químico de partículas de fases MAX en soluciones de HF u otros ácidos en presencia de sales de fluoruro. Dichos procesos consumen mucho tiempo ya que requieren tiempos largos de ataque y varios ciclos de limpieza para obtener partículas de MXenos. Recientemente, la aplicación de MXenos en biosensores ha atraído mucho interés científico. En este sentido, los Mxenos pueden ser usados en electrodos para sensores electroquímicos de biomoléculas que poseen electroactividad. Este proyecto propone una metodología para la síntesis de MXenos basada en la modificación de películas delgadas del material precursor (Fases MAX Ti2AlC y Ti3AlC2) que se obtiene por pulverización catódica. Luego, se estudiará el proceso de disolución selectiva del Al para la obtención de los MXenos (Ti2C y Ti3C2). El hecho de trabajar con material precursor en forma de capas delgadas facilita el proceso de ataque químico ya que se requieren tiempos cortos así como agentes de ataque en menor concentración. Esta ruta es una alternativa que permite obtener MXenos en forma de una capa delgada adherida a un sustrato. Ello conlleva a la obtención de electrodos basados en MXenos. Se evaluará su desempeño de los electrodos en sensores electroquímicos para la detección y cuantificación de biomoléculas.
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Proyecto CAP-PUCP 2021-E-0013: Este estudio plantea la síntesis y caracterización de microcápsulas mediante el método de polimerización in situ utilizando resinas alquidicas como material encapsulado. Se sintetizarán resinas alquídicas para aplicaciones de mantenimiento con aceites vegetales de alto grado de insaturación (un aceite de origen peruano y otro comercial como referencia) y polialcoholes con distintas multifuncionalidades. Se plantea formular recubrimientos autorreparables de matriz epóxica con las microcápsulas preparadas, y estudiar su capacidad anticorrosiva.
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Each year, trillions of US dollars are lost world wide due to materials loss in processes such as wear and corrosion. Therefore, material scientists are constantly searching for new interesting materials that might minimize these effects. In many cases no new base materials are required, moreover in most of the cases a coating is applied to the base material surface to obtain the desired corrosion protection as well as a low wear rate. An interesting group of materials for corrosion and wear protective coatings are MAX phases. These are ternary carbides or nitrides that exhibit high elastic stiffness, relatively low thermal expansion coefficients as well as good thermal and electrical conductivity on one hand and good thermal and chemical stability on the other hand. Different applications might be considered for these materials especially in areas such as electrode materials for renewable energy conversion and storage, coatings in harsh chemical environments, high- temperature structural applications, rotating electrical contacts and bearings. In this project two types of Ti-Al-C based MAX phases (Ti2AlC and Ti3AlC2) will be synthesized as coatings via magnetron sputtering and characterized. As substrates silicon and stainless steel will be coated. The tribological properties of MAX phase coatings as well as the electrochemical behavior will be analyzed. The results will be compared between uncoated and coated materials for moderate wear conditions (normal load up to maximum 5N). The corrosion tests will be conducted in NaCl 3.5% as well as 1M acidic (H2SO4) and alkaline (NaOH) media.
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Actualmente, el gobierno peruano está preparando una reforma de la política energética nacional que permita incrementar el porcentaje de energía renovable al mix energético del país. Perú es el país del Sol y la tecnología fotovoltaica (FV). Por las ventajas técnico-económicas que ofrece, es la técnica renovable de generación de energía eléctrica que mayor tasa de crecimiento ha presentado en la última década. Actualmente, el mercado ofrece múltiples productos comerciales de diferentes tecnologías FV. Sin embargo, aún no existen estudios científicos sobre el verdadero comportamiento particular de cada una de ellas en el país considerando sus diversos climas. En este proyecto se investigará el desempeño de diferentes generaciones de tecnologías de módulos FV. Para ello, será necesario la realización de una extensa campaña experimental en la cual, además de la obtención y análisis de la curva característica de corriente-voltaje del módulo, será necesario registrar todas las variables meteorológicas de interés (irradiancia, distribución espectral, temperatura, humedad, polvo, etc.) que afectan a su producción energética, así como a la degradación de los mismos. A partir de los resultados experimentales, se validarán modelos matemáticos y físicos los cuales se optimizarán para las condiciones climatológicas de la región de Lima. En este sentido, se podrá predecir la producción de energía FV para estas condiciones. El resultado esperado conducirá a entender mejor el rendimiento y comportamiento de cada tecnología. Se pretende que la metodología aplicada y modelos desarrollados puedan replicarse en las distintas zonas climáticas del Perú. Además, los datos obtenidos facilitarán los estudios de ahorro energético y económico. Finalmente, los resultados serán de interés para el sector energético en el marco de su actual y futura transición a energías renovables, ya que motivarán e impactarán la selección de las tecnologías fotovoltaicas adecuadas para el clima peruano.
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Con el otorgamiento del premio Nobel al estudio del grafeno en el año 2010, la búsqueda de nuevos materiales bidimensionales (2D) ha atraído gran interés científico. La alta relación superficie-volumen, así como la ausencia (o bajo grado) de interacciones entre sus estructuras laminares hace que los materiales 2D posean una combinación única de propiedades electrónicas, ópticas, mecánicas y químicas a diferencia de los materiales 3D. Los denominados MXenos son una nueva clase de materiales 2D que fueron descubiertos en el año 2011, su nombre proviene de su composición química y su estructura: M es un metal de transición (Ej. Ti, Cr, Hf, Zr) mientras que X es carbono o nitrógeno. El sufijo 'eno' denota su parecido con la estructura del grafeno. La estructura nanolaminar y la presencia de grupos funcionales (Ej. -O, -OH, -F) en la superficie de los MXenos hace que posean una variedad de propiedades (conductividad eléctrica, hidrofilicidad, capacidad de adsorción, área superficial, electrocatálisis, etc.) y que éstas sean ajustables mediante el diseño y las condiciones de síntesis. El presente proyecto de investigación se enfoca en el estudio y la optimización de la síntesis de películas delgadas de MXenos. La primera etapa de la síntesis consiste en la obtención del material precursor, fase MAX, mediante la técnica de pulverización catódica. La fase MAX es un carburo/nitruro ternario de estequiometria Mn+1AXn donde M es un metal de transición (Ej. Ti, Cr, Hf, Zr), A un elemento del grupo IIIA y IVA (Ej. Al, Si, Sn) y X (C o N). La segunda etapa consiste del ataque químico-selectivo en solución del material precursor (fase MAX) con el fin de disolver el elemento A para obtener el MXeno correspondiente. Se investigará la composición, morfología y estructura de los materiales obtenidos y se propondrán y discutirán potenciales aplicaciones en áreas como energía (ej. baterías de litio), medio ambiente (ej. remoción de iones metálicos) y salud (ej. material antibacteria
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