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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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La ingeniería de superficies busca modificar las propiedades de la superficie de componentes con el fin de conferir cierta funcionalidad, incrementar su tiempo de servicio, así como de abaratar los costos de producción. En este sentido, la demanda de nuevos materiales con propiedades diseñadas a medida (¿tailored materials¿) ha motivado interés científico en la investigación de nuevas rutas de síntesis de recubrimientos de protección. El proyecto se enfoca en la síntesis y caracterización de recubrimientos de zinc reforzados con nanopartículas de TiO2 con potencial alto desempeño ante la corrosión y la abrasión. La síntesis se basa en la electrodeposición de zinc a partir de soluciones de iones zinc y partículas de TiO2 dispersas en solución para ser co-depositadas con el zinc durante el proceso de electrozincado (deposición electrolítica). Las propiedades del recubrimiento dependerán de la cantidad de partículas incorporadas y su distribución en la matriz de zinc, por ello se propone una ruta de síntesis que promueva la co-deposición de TiO2. Se planea modificar la superficie de TiO2 por adsorción de moléculas que sirvan como agentes de acople entre el TiO2 y la matriz metálica. Es decir, la modificación de partículas de TiO2 con moléculas serviría para originar cierta afinidad química al zinc metálico y, por lo tanto, incrementar la probabilidad de su incorporación a la matriz de zinc durante el crecimiento del recubrimiento. Las propiedades de los recubrimientos Zn-TiO2 no solo dependerán del tipo de partícula y su química de superficie sino también de otros parámetros de síntesis como el tipo de corriente empleado y la densidad de corriente aplicada. Los recubrimientos serán caracterizados en cuanto a su morfología, composición química y estructura con el fin de correlacionar estas propiedades a su comportamiento frente a la corrosión en medios de NaCl 3,5% y de resistencia la abrasión.
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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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El proyecto de investigación se enfoca en la síntesis de recubrimientos composites de zinc y nanopartículas de TiO2 por electro-codeposición electroquímica. Las propiedades mecánicas como la dureza y la resistencia a la abrasión de los recubrimientos de zinc pueden ser mejoradas incluyendo material particulado (TiO2) disperso en la matrix metálica. El proceso de electro-codeposición electroquímica involucra la dispersión de micro/nanopartículas (ejm. óxidos, carburos, nitruros, polímeros, etc.) en un electrolito adecuado para así co-depositar dichas partículas en conjunto con una matriz metálica durante un proceso de electrodeposición. Las propiedades de la capa compuesta está directamente relacionado con la cantidad de partículas incorporadas, su distribución uniforme dentro de la matriz metálica así como la microestructura resultante del metal. Es por ello que el presente trabajo de investigación consiste en el desarrollo de una metodologia que involucre el estudio sistemático de la correlación entre los parámetros de síntesis (ejm. química del electrolito, química superficial de las partículas, estabilidad de la dispersión, pH, metodología de electrodeposición e hidrodinámica entre otros) y la incorporación de partículas en el recubrimiento. En base a estas investigaciones se propone un mechanismo para el proceso de co-deposición de partículas durante el proceso de electrodeposición. Asímismo, las propiedades de los recubrimientos compuestos son investigadas y correlacionadas a los parámetros de síntesis.
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Se sintetizó recubrimientos de aleaciones de Ni-P y Ni-P-SiC por procesos de reducción autocatalítica. (electroless-plating). La adición de micro-partículas de SiC duras dispersas en la matriz de Ni-P permitió la preparación de recubrimientos compuestos de Ni- P-SiC. La idea de incorporar partículas dentro de la matriz metálica de Ni-P fue de incrementar las propiedades mecánicas del recubrimiento así como su resistencia al desgaste. La caracterización de los recubrimientos involucró estudios de morfología por microscopía electrónica de barrido (SEM), composición química mediante espectroscopía de dispersión de energía con rayos X (EDX) y espectroscopía de emisión óptica por descarga luminiscente (GDOS); microestructura por difracción de rayos X (XRD) y ensayos de dureza. Todos los recubrimientos mostraron micro-estructura amorfa y alto contenido de fósforo (10-14% en peso). Los recubrimientos de Ni-P-SiC fueron más duros (802 HV-815 HV) en comparación a los recubrimientos de Ni-P (469HV-626HV). Las técnicas utilizadas para estudiar la resistencia a la corrosión en NaCl 3,5% fueron: resistencia de polarización lineal (LPR), curvas de Tafel y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Estas técnicas concordaron en demostrar la mejor resistencia a la corrosión de los depósitos de Ni-P-SiC en relación a los depósitos de Ni-P. Este hecho se atribuye a la disminución del área metálica efectiva expuesta.
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El proyecto propone la validación de un proceso innovador para la obtención de pullers (jaladores de cierres) con características significativamente mejoradas (brillo, lisura de superficie, durabilidad y otros). Asimismo, se logrará tener productos con acabados diferenciados para los diseñadores y confeccionistas. Los competidores internacionales proveen piezas que cumplen con los acabados más no con la durabilidad del mismo. Debido a ello, a través de este proyecto, se pretende cubrir esta necesidad de mercado, priorizando los acabados de tipo: cobre, dorado, negro, niquel y estañado brillantes. La implementación del proyecto nos permitirá tener un producto innovador con acabados tipo espejo y mejora de propiedades como la resistencia a la corrosión y abrasión. Asimismo se investigará aspectos como el aseguramiento de calidad de los productos y baños de deposición implicados en el proceso de manufactura.
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