Dissertations / Theses on the topic 'Conductividad eléctrica'

En este trabajo se exponen las primeras medidas de magnetorresistencia en películas de oro depositadas sobre mica en la configuración de MacDonald. En esta configuración el campo eléctrico es ortogonal al campo magnético y ambos campos están contenidos en el plano de la película. La señal de magnetorresistencia puede ser atribuida inequívocamente al scattering electrón-superficie rugosa. Las medidas fueron realizadas en un conjunto de cuatro películas delgadas de oro de distinto espesor. Las condiciones de fabricación de las películas permiten observar claramente el efecto del scattering electrón-superficie rugosa en distintos coeficientes de transporte. La medición de magnetorresistencia se efectuó utilizando el método de cuatro contactos a bajas temperaturas T (4 K ≤ T ≤ 50 K) bajo un campo magnético intenso B (1.5 T ≤ B ≤ 9 T), utilizando amplificadores sintonizados. Se observó una clara dependencia de la magnetorresistencia con el espesor de las películas. El cambio porcentual de resistividad debido a la acción del campo magnético a una temperatura de 4 K y a un campo magnético de 9 T son de 7% para la película más delgada (72 nm) y 21% para la películas más gruesa (266 nm). Se realizó una comparación entre teoría y experimento, donde la predicción teórica, basada en la ecuación de transporte de Boltzmann, no reproduce el comportamiento de la magnetorresistencia MacDonald. La predicción conduce a una magnetorresistencia negativa, mientras que el valor medido es positivo. La magnetorresistencia observada crece al aumentar el espesor de la muestra, contrariamente a lo predicho por la teoría.

En el presente trabajo se analiza la influencia del espín electrónico sobre la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura (en particular a bajas temperaturas; es decir, menor 90 K), para el caso del cuasicristal icosaédrico monocristalino Al64Cu23Fe13. El estudio de dicha influencia se realizó dentro del marco de la teoría de respuesta lineal. Es así que proponiendo un modelo fenomenológico del tipo gaussiano para la contribución de los espines a la conductividad espectral se determina el coeficiente cinético L11 el cual permite, a la vez, determinar la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura. Dicho cálculo fue realizado tanto numérica como analíticamente. Luego, considerando la regla inversa de Matthiessen, la cual es válida para cuasicristales, se le adicionó al término anterior una expresión analítica para la conductividad eléctrica (tomada de la Ref. [Landauro 03]) que considera tanto el criterio de estabilización Hume-Rothery como efectos de hibridización entre estados sp de aluminio y d de hierro, pero no efectos de espines. De este modo se obtiene una expresión analítica para la conductividad eléctrica total la cual se encuentra en buen acuerdo con los resultados numéricos y con los valores experimentales (tomados de la Ref. [Dolinˇsek 07]). Más aún, dicha relación predice un mínimo en la conductividad eléctrica a la temperatura de 19.4 K que esta en buen acuerdo con el valor experimental de 21 K.
-- The influence of the electronic spin on the temperature-dependent conductivity (in particular at low temperatures; i.e. less 90 K) is analyzed for the case of the monocrystalline icosahedral Al64Cu23Fe13 quasicrystal. Within the framework of the linear response theory and after proposing a phenomenological model of Gaussian-type for the contribution of spins to the spectral conductivity I calculate the kinetic coefficient L11 which allows us to determine the temperaturedependent conductivity. This calculation was carried out numerically and analytically. Then, considering the inverse Matthiessen rule (valid for quasicrystals) the previous result is added to an analytical expression for the conductivity (taken from Ref. [Landauro 03]) that considers both, the Hume-Rothery stabilization criterium, and hybridization effects between sp states of aluminium and d states of iron, but no effects due to the spins. In this way an analytical expresión for the total conductivity is obtained which is in good agreement with the numerical calculations and the experimental values (taken from Ref. [Dolinˇsek 07]). Moreover, such analytical relation predicts a conductivity minimum around the temperature of 19.4 K, also in good agreement with the experimental value of 21 K.
Tesis

En el presente trabajo se analiza la influencia del espín electrónico sobre la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura (en particular a bajas temperaturas; es decir, menor 90 K), para el caso del cuasicristal icosaédrico monocristalino Al64Cu23Fe13. El estudio de dicha influencia se realizó dentro del marco de la teoría de respuesta lineal. Es así que proponiendo un modelo fenomenológico del tipo gaussiano para la contribución de los espines a la conductividad espectral se determina el coeficiente cinético L11 el cual permite, a la vez, determinar la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura. Dicho cálculo fue realizado tanto numérica como analíticamente. Luego, considerando la regla inversa de Matthiessen, la cual es válida para cuasicristales, se le adicionó al término anterior una expresión analítica para la conductividad eléctrica (tomada de la Ref. [Landauro 03]) que considera tanto el criterio de estabilización Hume-Rothery como efectos de hibridización entre estados sp de aluminio y d de hierro, pero no efectos de espines. De este modo se obtiene una expresión analítica para la conductividad eléctrica total la cual se encuentra en buen acuerdo con los resultados numéricos y con los valores experimentales (tomados de la Ref. [Dolinˇsek 07]). Más aún, dicha relación predice un mínimo en la conductividad eléctrica a la temperatura de 19.4 K que esta en buen acuerdo con el valor experimental de 21 K.
-- The influence of the electronic spin on the temperature-dependent conductivity (in particular at low temperatures; i.e. less 90 K) is analyzed for the case of the monocrystalline icosahedral Al64Cu23Fe13 quasicrystal. Within the framework of the linear response theory and after proposing a phenomenological model of Gaussian-type for the contribution of spins to the spectral conductivity I calculate the kinetic coefficient L11 which allows us to determine the temperaturedependent conductivity. This calculation was carried out numerically and analytically. Then, considering the inverse Matthiessen rule (valid for quasicrystals) the previous result is added to an analytical expression for the conductivity (taken from Ref. [Landauro 03]) that considers both, the Hume-Rothery stabilization criterium, and hybridization effects between sp states of aluminium and d states of iron, but no effects due to the spins. In this way an analytical expresión for the total conductivity is obtained which is in good agreement with the numerical calculations and the experimental values (taken from Ref. [Dolinˇsek 07]). Moreover, such analytical relation predicts a conductivity minimum around the temperature of 19.4 K, also in good agreement with the experimental value of 21 K.
Tesis

Las películas delgadas se vienen estudiando con más frecuencia a consecuencia que cada vez se obtienen mejores materiales que se utilizan en la fabricación de celdas solares, protectores de pantalla, sensores de alta resolución, celdas de energía y otros nuevos inventos que ayudan a preservar el medio ambiente. El transporte de electrones mediante los materiales ha sido siempre el desafío de la humanidad y las películas delgadas son una solución a este desafío, la conductividad es una propiedad intrínseca de cada material. La medida de la conductividad en materiales como la deposición de películas delgadas se puede hacer mediante la técnica de las cuatro puntas utilizando como fuente de alimentación un sistema de corriente directa que se coloca en los extremos de la muestra obteniéndose la medida de la conductividad que va a ser característica para cada material, este tipo de medidas la hacemos a temperatura ambiente. El sistema de medida implementado nos permite ver en forma práctica y rápida el comportamiento de las películas delgadas midiendo la conductividad vs la temperatura el cual nos muestra la curva característica de un conductor, semiconductor. En las películas delgadas el fenómeno de anisotropía se debe al ordenamiento espacial de los átomos en la red cristalina y afecta las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de las películas. En cuanto a las propiedades eléctricas, un aspecto interesante de la conductividad es su dependencia con la dirección de la corriente eléctrica en los monocristales de metales no cúbicos. En los materiales conductores como el cobre se tiene resistividad de 1.68x 10-8 Ώ-m a 200C y no ofrece mucha resistencia al paso de la corriente lo mismo ocurre con el aluminio, pero con una cualidad que a bajas temperaturas adquiere la propiedad superconductora.
Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniero Civil Químico
Los nanocómpositos de polímero/nanotubos de carbono (CNT por sus siglas en inglés) presentan propiedades piezoresistivas, es decir, varían su resistencia eléctrica al ser deformados, por lo que pueden ser utilizados como sensores. Para que un nanocompósito sea conductor, los nanotubos tienen que formar una red interconectada que atraviese el material, fenómeno que se conoce como percolación. La concentración de nanotubos para la cual se forma dicha red, es conocida como la concentración, o punto de percolación. La ocurrencia de percolación depende además de la geometría de los nanotubos, la alineación y la dispersión de estos. En los nanocompósitos conductores, la corriente se transmite a través de los CNT por efecto túnel, el cual depende exponencialmente de la distancia entre los CNT. Al aplicar una deformación, la distancia entre los CNT cambia, y por lo tanto cambia su conductividad. En este trabajo se realizó una simulación computacional que representa el comportamiento de los nanocómpositos de polímero/CNT, considerando distintas concentraciones de nanotubos, con distinta flexibilidad y porcentajes de aglomeración, además de considerar diferentes deformaciones aplicadas al compósito. Para cada caso, se estudió la probabilidad de percolación y resistencia del compósito. La concentración se varió desde un 0.39% a un 3.92% en volumen. La aglomeración se varió entre un 0 y un 100%, considerando así estados dispersos, aglomerados y mixtos. Se consideraron geometrías de nanotubo rígidas y flexibles. Se utilizaron deformaciones de entre un 0 y un 20% Los resultados mostraron la ocurrencia de percolación, acompañada del aumento en la conductividad. Además, al aplicar deformaciones, efectivamente aumenta la resistencia del nanocompósito. Otro resultado importante que la sensibilidad ante deformaciones es mayor en torno al punto de percolación. Todo esto, esta de acuerdo con lo reportado en experimentos y simulaciones anteriores. Se encontró además que en torno a una aglomeración de un 20%, se minimiza la concentración de nanotubos necesaria para que ocurra percolación. Este es el principal resultado de este trabajo, ya que la existencia de una aglomeración óptima ha sido planteada experimentalmente, pero no ha sido reportado en simulaciones anteriores.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico
La producción, uso de solventes orgánicos y la contaminación asociado a estos han ido creciendo durante los últimos años debido al crecimiento de las industrias que hacen uso de estas sustancias. Los solventes orgánicos son responsables de una gran cantidad de efectos adversos para la salud de las personas, por lo que es necesario controlar la contaminación proveniente del uso de estas sustancias. Por este motivo, se emplea el uso de sensores capaces de captar solventes orgánicos y entregar información. Entre los materiales que se utilizan para este fin, están los compósitos poliméricos conductores (CPC), que varían su resistencia eléctrica ante la presencia de solventes orgánicos. En este trabajo, se compara el efecto de la cristalinidad entre matrices de PEBDL y ENGAGE®, se confeccionan CPC en base a ENGAGE® y nanotubos de carbono con distintos contenidos de relleno y se preparan nanocompósitos poliméricos de ENGAGE® con TrGO y MWCNT con el objetivo de estudiar el efecto del grado de cristalinidad, el tipo de nanoestructuras de carbono y la concentración de estos sobre los mecanismos de difusión de solventes orgánicos en nanocompósitos poliméricos que puedan ser utilizados potencialmente como sensores resistivos. En cuanto al efecto de la cristalinidad en la difusión de solventes comparando el ENGAGE® con polietileno de baja densidad lineal (PEBDL), se observa que, a mayor porcentaje de cristalinidad, menos es la difusión de un solvente en la matriz polimérica. Respecto al alcance que tiene el contenido de nanotubos de carbono en la difusión de solventes, se logra apreciar que la concentración de nanotubos afecta la difusión de un solvente en un nanocompósito y que la presencia de nanotubos de carbono repercute en la sensibilidad de un polímero ante la presencia de un solvente orgánico determinado. Al analizar cómo afecta el tipo de relleno utilizado en un nanocompósito en la difusión de solventes orgánicos, se observa que la afinidad entre el relleno y el solvente tiene efectos en el comportamiento difusivo del solvente. A menor afinidad relleno/solvente, mayor será la difusión. Estudiando la respuesta eléctrica de un CPC ante la presencia de solventes orgánicos, se observa que, a menor contenido de relleno, mayor es la sensibilidad del nanocompósito ante la presencia de solventes orgánicos. Por último, se confecciona un modelo matemático que busca replicar el comportamiento experimental respecto a la variación de la resistencia eléctrica del nanocompósito expuesto a solventes orgánicos. Se obtuvo que, entre más próximo se esté del umbral de percolación, el modelo más se ajustaba a los datos experimentales. Como conclusiones generales, es posible comprender los fenómenos que afectan las propiedades eléctricas de un CPC al ser expuesto a un solvente orgánico a través del estudio del comportamiento difusivo de este último, ya sea a través del coeficiente de difusión como a través de los parámetros cinéticos que caracterizan el movimiento de un solvente a través de un nanocompósito. Por último, los nanocompósitos de ENGAGE®/MWCNT presentan las características necesarias para poder ser utilizado como sensor de solventes orgánicos.

Determinar las características más importantes del cuasicristal icosaédrico y que son las que tienen mayor influencia en las propiedades de conducción de este material procedemos a sintetizar el cuasicristal Al64Cu23Fe13. La muestra es caracterizada por difracción de rayos X, espectroscopia Mossbauer y microscopía electrónica de barrido. Además se calcula el parámetro de red 6-dimensional obteniéndose A6D = 6,309A, que coincide con los valores reportados por otros laboratorios. La aperiodicidad de largo alcance evidenciada en el patrón´ de difracción nos sirve para plantear modelos unidimensionales cuasiperiodicos que describan ´ dicha característica del cuasicristal. A pesar que estos modelos unidimensionales nos permiten reconocer diferencias marcadas entre cuasicristales y cristales su comparación con experimentos ´ presenta fuertes limitaciones. Por ello se desarrolla un modelo tridimensional de la fase cristalina Al12Fe la cual es afín al cuasicristal ya que presenta semejanzas en su simetría local. Con ayuda de cálculos ab-initio (LMTO-ASA) logramos identificar elementos de los cuasicristales icosaédricos que describan en forma parcial su conductividad eléctrica. Finalmente, en base a los resultados teórico-experimentales obtenidos se indican los elementos que consideramos esenciales para la determinación de las propiedades electrónicas de cuasicristales.
Tesis

Se presentan dos trabajos independientes desarrollados en paralelo, el primero corresponde al cuerpo de la memoria, dirigido por el profesor Raúl Muñoz A. El segundo se expone en el apéndice A, dirigido por la profesora Judit Lisoni R. En el trabajo principal se presenta una comparación rigurosa entre datos de resistividad eléctrica y predicciones teóricas que incluyen el modelo de Palasantzas y el modelo mSXW-fractal, que predicen la resistividad generada por la dispersión electrón-superficie en películas delgadas de oro, sin usar parámetros ajustables, cuando la rugosidad superficial obedece una ley de escalamiento fractal. Encontramos que ambas teorías conducen a una descripción aproximada de la dependencia en temperatura de la resistividad. Sin embargo la descripción del transporte de carga basada en el escalamiento fractal parece sobre-simplificada y el aumento de resistividad proveniente de la dispersión electrón-superficie no se condice con otros resultados experimentales. Si las muestras están constituidas por granos tales que el diámetro promedio D es mayor a l0(300), el camino libre medio electrónico en el cristal de oro a 300 K, entonces el aumento en la resistividad predicho es menor al 5%. Esto parece inconsistente con resultados publicados de efectos magnetomórficos en este tipo de muestras, que demuestran que la dispersión electrón-superficie es el mecanismo dominante a 4 K. Por el contrario si las muestras están constituidas por granos cuyo D es menor a l0(300), entonces el mecanismo de dispersión electrónica dominante no es la colisión electrón-superficie sino la colisión electrón-borde de grano, que no está incluida en ninguna de las dos teorías. En el apéndice A se presenta un estudio de la cinética de oxidación a temperatura ambiente (TA) de películas delgadas de níquel de 5 nm y 10 nm de espesor. El proceso de oxidación fue monitoreado en el tiempo usando dos metodologías: (a) in-situ por medio de mediciones eléctricas y (b) ex-situ utilizando los espectros obtenidos de fotoelectrones inducidos por rayos X resueltos en ángulo (AR-XPS). Se generaron métodos para calcular la ganancia de oxígeno en función del tiempo. Se determinó que la ganancia en peso wg crece con el tiempo siguiendo una ley de potencias: wgt, siendo =0.17±0.05. Este valor difiere notoriamente del valor del bulto que presenta un comportamiento logarítmico a TA ó de =0.5 para temperaturas mayores que 400 ºC. Desde el punto de vista de composición, XPS mostró que a tiempos muy cortos de exposición al aire, i.e. < 1h, el estado de oxidación predominante es Ni2+ (Ni(OH)2 y NiO). A tiempos largos de exposición, i.e. >> 1 h, van apareciendo compuestos con estado de oxidación Ni3+ y el NiO desaparece. Gracias a este trabajo pudimos implementar exitosamente dos metodologías experimentales (mediciones de resistencia combinadas con resultados de XPS) que ayudan a determinar la cinética de oxidación de materiales en forma indirecta. Estas dos técnicas no se habían implementado hasta ahora en nuestro laboratorio y los reportes en la literatura son escasos.

En el presente trabajo se analiza la influencia de los espines sobre los coeficientes de transporte electrónico, tales como la conductividad eléctrica, termopotencia, contribución electrónica a la conductividad térmica y el número de Lorenz (poniendo énfasis en el régimen de bajas temperaturas; es decir, < 90 K), para el caso de los cuasicristales icosaédricos monocristalinos Al64Cu23Fe13 y Al70.8Pd20.9Mn8.3 y de los policristalinos Al62Cu25.5Fe12.5 y Al64Cu23Fe13 (sólido y nanoestructurado), con los valores experimentales tomados de las referencias [Dolinˇsek 07], [Pope 99], [Biluˇsi´c 00] y [Quispe 11], respectivamente. El estudio de las cantidades de transporte se realizó dentro del marco de la teoría de respuesta lineal. Es así que proponiendo un modelo fenomenológico del tipo gaussiano para la contribución de los espines a la conductividad espectral se determinan los coeficientes cinéticos Lij , los cuales a su vez nos permiten determinar la dependencia de los coeficientes de transporte con la temperatura. Dicho cálculo fue realizado tanto numérica como analíticamente. Luego, considerando la regla inversa de Matthiessen, la cual es válida para cuasicristales, se le adicionó a los términos anteriores las expresiones analíticas para los coeficientes de transporte (tomados de la ref. [Landauro 03]) que considera tanto el criterio de estabilización Hume-Rothery como efectos de hibridización entre los orbitales sp de aluminio y los orbitales d del metal de transición activo (Fe, Mn, entre otros), pero no efectos de espines. De este modo se obtienen expresiones anal´ıticas para los coeficientes de transporte que se encuentran en concordancia con los resultados numéricos y con los valores experimentales. Más aún, para el caso de la conductividad eléctrica, dicha relación permite determinar un mínimo en la misma a las temperaturas de ∼ 19.4 K, 24.8 K, 150.4 K y 12.6 K para los cuasicristales Al64Cu23Fe13 (monocristalino), Al62Cu25.5Fe12.5, Al70.8Pd20.9Mn8.3 y Al64Cu23Fe13 (s´olido policristalino) que están en concordancia cuando se comparan con los valores experimentales de 21 K, 22.3 K, 143.9 K y 12 K para dichos cuasicristales. Finalmente, el parámetro λ propuesto (definido como la razón entre las contribuciones de espines y de los efectos Hume Rothery y de hibridización sp − d a la conductividad eléctrica) nos permite cuantificar el efecto magnético sobre la dependencia de la temperatura de los coeficientes de transporte electrónico. Se proponen dos formas alternativas y simplificadas que permitan obtener el parámetro λ y así cuantificar la contribución magnética a los coeficientes de transporte.
Tesis

La tesi se centra en l’ús de nanocomposites conductors elèctricament en la fabricació d’additius. En aquest escenari, dos tipus de nanocomposites estan preparats per utilitzar-los com a matèria primera per a la impressió de nanocomposites conductors elèctricament amb dos tipus diferents de matrius; (1) un polímer termoplàstic i (2) una resina termoestable. Els nanotubs de carboni es van utilitzar com a partícules conductores elèctriques de nanoestructura. Aquestes nanoestructures formen xarxes complexes en una matriu de polímer de manera que el material de la matriu es transforma d’un material aïllant en un material conductor elèctricament. La policaprolactona és un polímer semicristal·lí i es considera material matricial adequat entre la classe de polímers termoplàstics, ja que ofereix unes excel·lents característiques reològiques, de flux i elàstiques. Les cadenes es van imprimir mitjançant una extrusora bio i es va mesurar la conductivitat elèctrica en aquestes cadenes amb l’efecte de la deformació uniaxial. La microstructura canvia sota l’efecte de la deformació uniaxial, provocant una alteració de l’orientació de nanotubs de carboni a la matriu de policaprolactona. Com a conseqüència de la reordenació de nanotubs, les vies conductores es desorganitzen o s’organitzen que poden augmentar o disminuir la conductivitat elèctrica en els nanocomposites. Les radiacions del sincrotró s’utilitzen per sondar aquests canvis en la microestructura. Es van preparar diferents composicions mitjançant nanotubs de carboni i es van estudiar les mostres impreses en termes de conductivitat elèctrica i microestructura mitjançant radiacions de sincrotró. A partir de l’anàlisi, es proposa un model que pugui predir la conductivitat elèctrica sota l’efecte de la deformació uniaxial. En termes de polímers termoestables, s’introdueix un sistema senzill per a la impressió de nanocomposites basats en polímers termoset. En un dels capítols es proporciona un detall complet del sistema d’impressió i de la tinta nanocomposita. Es va preparar tinta de nanocomposites basada en epoxi per contenir nanotubs de carboni com a partícules de farciment amb una petita porció de polímer termoplàstic, policaprolactona. Les mostres impreses estan subjectes al biaix extern que indiquen que són conductores elèctricament. Es van preparar diferents composicions utilitzant resina glicidil bisfenol-A epoxi, trietilenetetramina, policaprolactona, nanotubs de carboni i es destaquen els problemes per obtenir una qualitat d’impressió adequada. Les mostres impreses es van estudiar en termes de conductivitat elèctrica estudiant la conductivitat elèctrica de corrent altern i directe. El sistema material s’explora quant al nivell de reticulació, l’estructura i la morfologia i el comportament tèrmic. Es presenta un model per als nanocomposites mitjançant dades d’impedància obtingudes mitjançant l’espectroscòpia dielèctrica de banda ampla. La impressora s’utilitzarà en un futur per imprimir dispositius funcionals a petita escala, inclosos dispositius d’emmagatzematge d’energia, p. bateries d’estat sòlid, supercondensadors i plaques d’elèctrodes per a aquest tipus de dispositius.
La fabricación aditiva (AM) es un proceso de fabricación de capas sucesivas de material para construir un objeto sólido tridimensional a partir de un modelo digital, a diferencia de las metodologías de fabricación sustractiva. AM ofrece la libertad de diseñar e innovar un producto para que se puedan obtener y revisar piezas complejas si es necesario, en un tiempo reducido en comparación con las tecnologías de fabricación tradicionales. En términos de su utilización total y generalizada, la tecnología tiene aplicaciones limitadas. Por motivos similares, la nanotecnología se considera la fuerza impulsora detrás de una nueva revolución industrial. Tiene la capacidad de incorporar funcionalidades específicas, que se producen debido a la escala nanométrica, a las partes deseadas para dispositivos funcionales como electrodos para dispositivos de almacenamiento de energía. La tesis se centra en el uso de nanocompuestos conductores de electricidad en la fabricación aditiva. En este escenario, dos tipos de nanocompuestos están preparados para usar como materia prima para la impresión de nanocompuestos conductores de electricidad que emplean dos tipos diferentes de material matricial; (1) un polímero termoplástico y (2) una resina termoestable. Los nanotubos de carbono se usaron como partículas de nanoestructura eléctricamente conductoras. Estas nanoestructuras forman redes complejas en una matriz polimérica de manera que el material de la matriz se transforma de un material aislante en un material eléctricamente conductor. La policaprolactona es un polímero semicristalino y se considera un material matriz adecuado entre la clase de polímeros termoplásticos, ya que ofrece excelentes características reológicas, de flujo y elásticas. Los hilos se imprimieron usando una extrusora biológica y se midió la conductividad eléctrica en estos hilos bajo el efecto de la deformación uniaxial. La microestructura cambia bajo el efecto de una deformación uniaxial que conduce a alterar la orientación de los nanotubos de carbono en la matriz de policaprolactona. Como consecuencia de la realineación de los nanotubos, las vías conductoras interrumpen u organizan, lo que puede aumentar o disminuir la conductividad eléctrica en los nanocompuestos. Las radiaciones de sincrotrón se utilizan para sondear tales cambios en la microestructura. Se prepararon diferentes composiciones usando nanotubos de carbono y las muestras impresas se estudiaron en términos de conductividad eléctrica y microestructura usando radiaciones sincrotrónicas. Basado en el análisis, se propone un modelo que puede predecir la conductividad eléctrica bajo el efecto de la deformación uniaxial. En términos de polímeros termoestables, se introduce un sistema simple para la impresión de nanocompuestos termoestables a base de polímeros. El detalle completo del sistema de impresión y la tinta de nanocompuestos se proporciona en uno de los capítulos. La tinta de nanocompuesto a base de epoxi se preparó para contener nanotubos de carbono como partículas de relleno con una pequeña porción de polímero termoplástico, policaprolactona. Las muestras impresas están sujetas al sesgo externo que indica que son eléctricamente conductoras. Se prepararon diferentes composiciones usando resina epoxi de glicidil bisfenol-A, trietilentetramina, policaprolactona, nanotubos de carbono y se resaltan los problemas para adquirir la calidad de impresión adecuada. Las muestras impresas se estudiaron en términos de conductividad eléctrica, estudiando la conductividad eléctrica de corriente alterna y continua. El sistema de materiales se explora en términos del nivel de reticulación, estructura y morfología y comportamiento térmico. Se presenta un modelo para los nanocompuestos utilizando datos de impedancia obtenidos mediante espectroscopía dieléctrica de banda ancha. La impresora se utilizará en el futuro para imprimir dispositivos funcionales a pequeña escala, incluidos dispositivos de almacenamiento de energía.
Additive manufacturing is a process of making successive layers of material to build a three-dimensional solid object from a digital model, as opposed to subtractive manufacturing methodologies. This technology offers the freedom to design and innovation of a product so that complex parts can be obtained and revise if needed, within a small time as compared to traditional manufacturing technologies. In terms of its full utilization and widespread, the technology has limited applications. On similar grounds, nanotechnology is considered as the driving force behind a new industrial revolution. It has the ability to incorporate specific functionalities, occur due to the nanometric scale, to desired parts that offer freedom to design functional devices like electrodes for energy storage devices. The thesis is focusing on the use of electrically conductive nanocomposites into additive manufacturing. In this scenario, two types of nanocomposites are prepared to use as raw material for printing of electrically conductive nanocomposites employing two different types of matrix material; (1) a thermoplastic polymer and (2) a thermoset resin. Carbon nanotubes were used as electrically conductive nanostructure particles. These nanostructures form complex networks into a polymer matrix such that the matrix material transforms from an insulative material into an electrically conductive material. Polycaprolactone is a semicrystalline polymer and it is considered suitable matrix material amongst the class of thermoplastic polymers as it offers excellent rheological, flow and the elastic characteristics. Strands were printed using a bio extruder and electrical conductivity was measured in these strands under the effect of uniaxial deformation. The microstructure changes under the effect of uniaxial deformation leading to alter the orientation of carbon nanotubes in the polycaprolactone matrix. As a consequence of realignment of nanotubes, conductive pathways either disrupt or organize which can increase or decrease an electrical conductivity in the nanocomposites. Synchrotron radiations are used to probe such changes in the microstructure. Two different compositions were prepared using carbon nanotubes and the printed samples are studied in terms of electrical conductivity and microstructure using synchrotron radiations. Based on the analysis, a model is proposed that can predict the orientation of carbon nanotubes under the effect of uniaxial deformation. In terms of thermoset polymers, a simple system is introduced for the printing of thermoset polymer (epoxy) based nanocomposites. Complete detail of the printing system is provided in one of the chapters. Epoxy-based nanocomposite ink was prepared to contain carbon nanotubes as filler particles with a small portion of thermoplastic polymer, polycaprolactone. The printed samples are subject to the external bias which indicate that these are electrically conductive. A complete methodology was provided for the preparation of nanocomposite ink. Different compositions were prepared using glycidyl bisphenol-A epoxy resin, triethylenetetramine, polycaprolactone, carbon nanotubes and issues are highlighted to acquire appropriate print quality. The printed samples were studied in terms of electrical conductivity studying alternating and direct current electrical conductivity. The material system is explored in terms of the level of crosslinking, structure and morphology and thermal behaviour. A model is presented for the nanocomposites using impedance data obtained through broadband dielectric spectroscopy. The printer will be used in future to print small scale functional devices including energy storage devices e.g. solid-state batteries, supercapacitors and electrode plates for such kind of devices.
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència de Materials

En esta tesis se estudia el fenómeno que es conocido en la literatura como “efectos de tamaño y geometría en fenómenos de transporte”. En específico se estudia de qué manera la superficie rugosa, que limita la estructura metálica, afecta a las propiedades de transporte de carga cuando una o más de las dimensiones que caracterizan la estructura metálica se tornan comparables o inferiores al camino libre medio l de los portadores de carga en el grueso. Se analiza la teoría de transporte de Calecki, que proporciona una solución numérica para los coeficientes de transporte eléctrico como son la resistividad, la tangente de Hall y la magnetorresistencia transversal. La teoría de Calecki considera el efecto de scattering electrón-superficie rugosa desde primeros principios, usando el formalismo de la ecuación semiclásica de transporte de Boltzmann. El resultado es que la teoría proporciona una descripción adecuada de la resistividad en función de la temperatura, una descripción aceptable de la tangente de Hall en función del campo magnético a 4 K, pero predice una magnetorresistencia transversal a 4 K que es varios órdenes de magnitud menor que lo observado.

Título de Biólogo con mención en Medio Ambiente
En Chile los ríos presentan alta variabilidad ambiental en la conductividad, este parámetro es un estresor de los organismos acuáticos y sirve para estimar el grado de perturbación de los ríos. Los efectos de la conductividad sobre los macroinvertebrados bentónico son contexto-dependientes y pueden usar mecanismos homeostáticos que son necesarios para mantener su concentración interna de solutos. Existen respuestas que pueden darse en macroinvertebrados como resultado de (entre otros fenómenos) adaptación local y plasticidad fenotípica. Un organismo que habitan este tipo de sistemas lóticos dentro de los macroinvertebrados bentónicos es Smicridea annulicornis. Proponemos que S. annulicornis responde plásticamente en sus rasgos de desempeño a distintas conductividades y que depende de la cuenca de origen. Las capturas del macroinvertebrado fueron hechas en ríos de las cuencas de Choapa, Maipo y Maule. Se determinó que los rasgos nado, protección y caminata poseen diferencias significativas entre poblaciones en asociación al tamaño corporal. Mientras que al considerar la cuenca hidrográfica los rasgos nado, protección y flexión poseen diferencias significativas entre poblaciones lo que se puede interpretar como adaptación local, solo caminata presenta estas diferencias significativa en interacción de conductividad con cuenca. No existieron estas diferencias en los rasgos con conductividad por lo no se podría expresar plasticidad fenotípica. Comprobamos que los rasgos de desempeño S. annulicornis dependen de la cuenca de procedencia lo que se podría interpretar como adaptación local y que la conductividad no afecta estas respuestas.
In Chile rivers have high environmental variability in conductivity, this parameter is a stressor of aquatic organisms and serves to estimate the degree of disturbance of rivers. The effects of conductivity on benthic macroinvertebrates are context-dependent and can use homeostatic mechanisms that are necessary to maintain their internal concentration of solutes. There are responses that can occur in macroinvertebrates as a result of (among other phenomena) local adaptation and phenotypic plasticity. An organism that inhabits this type of lotic systems within the benthic macroinvertebrates is Smicridea annulicornis. We propose that S. annulicornis responds plastically in its performance traits to different conductivities and that it depends on the basin of origin. The macroinvertebrate catches were made in rivers of the Choapa, Maipo and Maule basins. It was determined that swim, protection and trek traits have significant differences between populations in association with body size. While when considering the watershed the swim, protection and flexion features have significant differences among populations that can be interpreted as local adaptation, only trek presents these significant differences in conductivity interaction with basin. These differences did not exist in the traits with conductivity so it is not express phenotypic plasticity. We found that S. annulicornis performance traits depend on the basin of origin, which could be interpreted as local adaptation and that conductivity does not affect these responses.
El financiamiento de este estudio está inserto dentro de los proyectos FONDECYT N° 1114098 a cargo del Dr. Mauricio José Carter Montecinos (Co-director de tesis) y Nº 1150348 a cargo del Dr. R. Ramos.

Hydrogen or bio-alcohols fuel cells are considered a promising technology for clean and efficient power generation. The development and optimization of this technology are national and European strategic lines for the implementation of alternative and sustainable energy conversion systems. A fuel cell converts the chemical energy contained in a fuel directly and efficiently into electrical energy through electrochemical reactions. The main characteristics low temperature fuel cell depend on the electrolyte, ie the protonic exchange polymer membrane that separates the electrodes. In this work a methodology has been developed to analyze various polymer mem-branes and to study their dielectric properties and conductivity in order to relate the different molecular structures with themolecular mobility and the formation of microstructures, which favor conductivity phenomena and control the opera-tion of the cell. The study has been systematized in different chapters in which the objectives and the theoretical foundations that support the present study are gathered. It also describes the preparation of the studied polymeric membranes, as well as the ad-aptation and optimization of the different measuring equipments that allow the determination of the dielectric properties and the conductivity. The materials analyzed are: (I) Nafion as reference material; (II) Side-chain liquid crystals, the poly [6- (4-methoxy-azobenzene-4-oxy) hexyl methacrylate] polyacrylic polymer or 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid poly 2- Acrylamide and poly [10- (4-methoxy-azobenzene-4'oxy) decyl methacrylate copolymer] copolymerized with 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid 2-acrylamido acid; (III) Co-lumnar liquid crystals obtained by chemical modification of polypiperchlorhydrin and poly (1- (2-hydroxyethyl) aziridine) with the 3,4,5-tris [4- (n-dodecan-1-yloxy ) Benzyloxy] benzoate; (IV) styrene-ethylene-butylene block copolymer (SEBS) photo-crosslinked and sulfonated in different proportions. A study of the dielectric relaxation spectrum over a wide range of frequencies and temperatures in terms of the real (¿ '), and imaginary (¿') part of the complex die-lectric permittivity and the loss tangent has been performed. The relaxation func-tion has been fitted to the Havriliak-Negami model and the curves corresponding to the complex dielectric permittivity ¿ "were deconvoluted using the Charles-worth method. The relationship between the relaxation times and the tempera-ture of each relaxation has been analyzed by applying the Arrhenius or Vogel-Fulcher-Tammann-Hesse models according to their intra- or inter-molecular origin. The effect that the structural changes produce on each one of the relaxa-tions has been determined. The electrical conductivity has also been analyzed, calculating the activation energy and the proton conductivity of each of the ma-terials representing the angle of phase ¿ and Bode diagram. In short, a robust and reliable procedure has been established that allows the ob-tainment of a better understanding of the structure-property relationship and thus knowing the factors that permit the prediction of the macroscopic properties of the membranes from the knowledge of their microstructure. This has helped to optimize the design of membranes for proton exchange fuel cells in order to boost their implementation on a commercial scale.
Las pilas de combustible de hidrógeno o bio-alcoholes se consideran una prome-tedora tecnología para la generación de energía limpia y eficiente. El desarrollo y la optimización de dicha tecnología son entre otras líneas estratégicas nacionales y europeas para la implantación de sistemas alternativos y sostenibles de conver-sión energética. Una pila de combustible permite transformar la energía química contenida en un combustible de forma directa y eficiente, a través de reacciones electroquímicas, en energía eléctrica. En una pila de combustible de baja tempera-tura, sus características importantes dependen del electrolito, es decir, de la mem-brana polimérica de intercambio protónico que separa los electrodos. En este trabajo se ha desarrollado una metodología para analizar diversas mem-branas poliméricas y estudiar las propiedades dieléctricas y conductividad con el fin de relacionar las diferentes estructuras moleculares con la movilidad molecular y la formación de microestructuras, las cuales favorecen los fenómenos de con-ductividad y controlan el funcionamiento de la pila. El conjunto de este estudio se ha sistematizado en diferentes capítulos en los que se recogen los objetivos y los fundamentos teóricos que sustentan el presente estudio. También se describe la preparación de las membranas poliméricas estu-diadas, así como la adaptación y optimización de los diferentes equipos de medida que permiten determinar las propiedades dieléctricas y la conductividad. Los ma-teriales analizados son: (I) Nafión como material de referencia; (II) Cristales líqui-dos de cadena lateral, el copolímero de poli ácido poli [6-(4-metoxi-azobenceno-4'oxi) hexil metacrilato] o poli ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico 2-acrilamido y copolímero poli [10-(4-metoxi-azobenceno-4'oxi) decil metacrilato] copolimerizados con poli ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico 2-acrilamido; (III) Cristales líquidos columnares obtenidos por modificación quími-ca de la poliepiclorhidrina y de la poli(1-(2-hidroxietil)aziridina) con el grupo 3, 4, 5 -tris[4 - (n - dodecan - 1 -iloxi) benziloxi] benzoato; (IV) copolímero en bloque de estireno-etileno-butileno (SEBS) foto-reticulados y sulfonados en distintas proporciones. Se ha realizado un estudio del espectro de relajaciones dieléctricas en un amplio rango de frecuencias y temperaturas en términos de la parte real (¿'), e imaginaria (¿'') de la permitividad dieléctrica compleja y la tangente de pérdidas. La función de relajación se ha ajustado al modelo de Havriliak-Negami y las curvas corres-pondientes a la permitividad dieléctrica compleja ¿'' se deconvolucionaron apli-cando el método Charlesworth. Se ha analizado la relación entre los tiempos de relajación y la temperatura de cada relajación aplicando los modelos de Arrhenius o Vogel-Fulcher-Tammann-Hesse según su origen intra o inter molecular y se ha determinado el efecto que los cambios estructurales producen sobre cada una de las relajaciones. Asimismo se ha analizado la conductividad eléctrica, calculando la energía de activación y la conductividad protónica de cada uno de los materia-les representando el Angulo de desfase ¿ y diagrama de Bode. En definitiva, se ha establecido un procedimiento robusto y fiable que permite obtener una mejor comprensión de la relación estructura-propiedad y con ello conocer los factores que permiten predecir las propiedades macroscópicas de las membranas a partir del conocimiento de su microestructura. Con ello se ha con-tribuido a optimizar el diseño de membranas para pilas de combustible de inter-cambio protónico con el fin de impulsar su implantación a escala comercial.
Les piles de combustible d'hidrogen o bio-alcohols es consideren una prometedora tecnologia per a la generació d'energia neta i eficient. El desenvolupament i la optimització d'aquesta tecnologia es contextualitza entre altres línies estratègiques nacionals i europees per a la implantació de sistemes alternatius i sostenibles de conversió energètica. Una pila de combustible permet transformar l'energia quí-mica continguda en un combustible de forma directa i eficient, a través de reac-cions electroquímiques, en energia elèctrica. En una pila de combustible de baixa temperatura, les seves característiques depenen de l'electròlit, és a dir, de la mem-brana polimèrica d'intercanvi protònic que separa els elèctrodes. En aquest treball s'ha desenvolupat una metodologia per analitzar diverses mem-branes polimèriques i estudiar les propietats dielèctriques i conductivitat per tal de relacionar les diferents estructures moleculars amb la mobilitat molecular i la formació de microestructures, les quals afavoreixen els fenòmens de conductivitat i controlen el funcionament de la pila. El conjunt d'aquest estudi s'ha sistematitzat en diferents capítols en què es recu-llen els objectius i els fonaments teòrics que sustenten el present estudi. Es des-criu la preparació de les membranes polimèriques estudiades, així com l'adaptació i optimització dels diferents equips de mesura que permeten determinar les pro-pietats dielèctriques i la conductivitat. Els materials analitzats són: (I) Nafión, com a material de referència; (II) Cristalls líquids de cadena lateral, el co-polímer de poli àcid [6- (4-metoxi-azobenceno-4'oxi) hexil metacrilat] o poli àcid (2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónic 2- acrilamido) i copolímer poli [10- (4-metoxi-azobence-4'oxi) decil metacrilat] copolimeritzats amb poli (àcid 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico 2-acrilamido); (III) Cristalls líquids co-lumnars obtinguts per modificació química de la poliepiclorhidrina i de la poli (1- (2-hidroxietil) aziridina) amb el grup 3, 4, 5 -tris [4 - (n - dodecan - 1 -iloxi ) ben-ziloxi] benzoat; (IV) copolímer en bloc d'estirè-etilè-butilè (SEBS) foto-reticulats i sulfonats en diferents proporcions. S'ha realitzat un estudi de l'espectre de relaxacions dielèctriques en un ampli rang de freqüències i temperatures en termes de la part real (¿ '), i imaginària (¿' ') de la permitivitat dielèctrica complexa i la tangent de pèrdues. La funció de relaxació s'ha ajustat al model de Havriliak-Negami i les corbes corresponents a la permiti-vitat dielèctrica complexa ¿ '' es deconvolucionaren aplicant el mètode Char-lesworth. S'ha analitzat la relació entre els temps de relaxació i la temperatura de cada relaxació aplicant els models d'Arrhenius o Vogel-Fulcher-Tammann-Hesse segons el seu origen intra o inter molecular i s'ha determinat l'efecte que els can-vis estructurals produeixen sobre cadascuna de les relaxacions. Així mateix s'ha analitzat la conductivitat elèctrica, calculant l'energia d'activació i la conductivi-tat protónica de cada ún dels materials representant l'angle de desfasament ¿ i el diagrama de Bode. En definitiva, s'ha establert un procediment robust i fiable que permet obtenir una millor comprensió de la relació estructura-propietat i, amb això, conèixer els fac-tors que permeten predir les propietats macroscòpiques de les membranes a partir del coneixement de la seua microestructura. Amb això, s'ha contribuït a optimi-tzar el disseny de membranes per a piles de combustible d'intercanvi protònic per tal d'impulsar la seua implantació a escala comercial.
Teruel Juanes, R. (2017). Propiedades dieléctricas y conductividad de nuevos electrolitos poliméricos para aplicaciones energéticas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86201
TESIS

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Implementa una “red neuronal artificial” con arquitectura de retropropagación de error (“Back-Propagation”), que permita clasificar la salinidad en los suelos, usando como datos de entradas imágenes de NDVI, y datos de entrenamiento de conductividad eléctrica del suelo. El área de estudio se encuentra entre las coordenadas UTM por 614775 m E, 627345 m E y por 9277495 m N, 9255475 m N, debido a que los datos de conductividad eléctrica del suelo son obtenidos de los distritos de Lambayeque y Mochumí, localizados en el departamento de Lambayeque de la costa norte del Perú. Se usan 46 imágenes satelitales procedentes de los sensores ETM+ y TM de proyección UTM, zona 17S, y de Datum WGS84. Estas imágenes son analizadas usando el software de procesamiento de imagen ENVI 4.5 y el lenguaje de programación IDL. Se evalúan dos modelos de arquitectura de red neuronal, para el primer modelo se utiliza 1 capa oculta obteniendo un error de entrenamiento de 0.40 y en el segundo modelo se utilizó 2 capas ocultas presentando un error de entrenamiento de 0.27.
Tesis

En el presente trabajo se evalúa la influencia del desorden químico sobre las propiedades de transporte electrónico en un modelo de sólido cristalino. Con la finalidad de incorporar el desorden de tipo químico se considera el modelo de Kronig-Penney en su representación mediante una cadena de potenciales de tipo delta. El desorden químico en el modelo se genera mediante la variación aleatoria de las intensidades de los potenciales sucesivos que actúan como centros de dispersión del electrón, el cual es representado mediante una combinación de ondas planas. La evaluación de los efectos del desorden sobre las propiedades de transporte electrónico se realiza mediante el flujo electrónico y la medida estadística de complejidad propuesta por Lopez-Ruiz, Mancini y Calbet. Los resultados indican que el desorden químico conlleva a la reducción de las bandas de estados permitidos y al crecimiento de los gaps de energía. A modo de referencia, se evalúan los efectos del desorden sobre un estado electrónico representativo de un sistema metálico, específicamente el correspondiente al centro de la tercera banda. Los resultados muestran una correspondencia entre la inhición del transporte electrónico y la maximización de la medida de complejidad. Esta correlación permite considerar a la medida de complejidad como un buen ´ indicador de las propiedades de transporte electrónico.

El objetivo de esta Tesis es la síntesis, caracterización y estudio de polímeros mono- y bidimensionales de alta conductividad eléctrica derivados de bis(ditiolato)metalatos o tetratiolatos. Para ello se han escogido ligandos sulfurados con alto número de átomos de S que permitan interaccciones fuertes entre ellos. Por otra parte, para una mejor comprensión de la relación conductividad- estructura también se ha procedido al estudio de diversos compuestos mono o dinucleares discretos, obtenidos con tales ligandos. Finalmente, se ha iniciado el estudio de compuestos mixtos planares con un ditiolato y un ligando aminado plano, habiéndose escogido para tal estudio el ligando nitrogenado 2,2'-bipiridilo. En todos los casos se ha procedido al estudio con los cationes Ni(II), Pd(II),Pt(II) , Au(III) y Cu(II) de gran tendencia a la coordinación planocuadrada.

INTRODUCCIÓN: Este estudio evalúa el aumento selectivo de la conductividad hepática mediante la infusión hipersalina en el sistema portomesentérico para tratar simultáneamente todos los tumores hepáticos mediante electroporación irreversible. MATERIAL Y MÉTODOS: La estandarización de la técnica fue con ratón. Se emplearon ratas Sprague Dawley(n=20) y ratas atímicas con tumor hepático(n=8). La infusión de NaCl (20%) fue por punción transesplénica. Se monitorizó la conductividad entre tejido sano y tumoral. Se realizó seguimiento analítico e histológico. RESULTADOS: La conductividad hepática máxima fue 1,4 veces mayor que el tejido tumoral durante 175±115,23 segundos. La natremia se normalizó a las 24h postinfusión. La acidosis y la hipertransaminasemia (24h) se asociaron con la mortalidad. La diferencia de necrosis hepática entre ratas sobrevivientes/no-sobrevivientes fue significativa.
INTRODUCTION: This study evaluates the selective increase in liver conductivity by hypersaline infusion through the portomesenteric system in order to treat all the hepatic tumors simultaneously by irreversible electroporation. MATERIAL AND METHODS: The standardization of the technique was with mice. Sprague Dawley rats(n=20) and athymic rats with liver tumor(n=8) were used. The infusion of NaCl (20%) was by transesplenic puncture. The conductivity between healthy and tumor tissue was monitored. Analytical and histological follow-up was performed. RESULTS: The maximum hepatic conductivity was 1.4 times higher than the tumor tissue during 175±115.23 seconds. The natremia was normalized at 24h post-infusion. Acidosis and hypertransaminasemia (24h) were associated with mortality. The difference in liver necrosis among surviving/non-surviving rats was significant. CONCLUSION: Hypersaline infusion increases liver conductivity, which could let focus irreversible electroporation into hepatic tumors. However, side effects of such infusion should be considered.

Ingeniero Civil Mecánico
Los Elastómeros Electro-Sensibles son materiales que se caracterizan por sufrir grandes deformaciones en presencia de un campo eléctrico. Debido a esto la atención de los científicos se ha centrado en estudiar el comportamiento de estos materiales con el propósito de determinar su potencial uso como actuadores, para músculos artificiales en robótica y para aplicaciones biomédicas en prótesis entre otras aplicaciones. El comportamiento de estos materiales ha recibido la atención de los investigadores solo recientemente, y el objetivo de este trabajo es abordar en más detalle algunos aspectos de la modelación del comportamiento de estos materiales. Los conceptos básicos a considerar para el estudio del comportamiento de los elastómeros electro-sensibles en presencia de un campo eléctrico son la cinemática de los cuerpos al momento de la deformación, las ecuaciones de Maxwell para las variables de campo eléctrico en ausencia de campos magnéticos, corrientes libres y cargas eléctricas, y sin dependencia del tiempo; además de las leyes del balance de masa, la formulación Lagrangiana y la simetría de los materiales. Este trabajo consiste en estudiar el comportamiento de la segunda variación para tres problemas de valor de frontera por medio del software Mathematica con diferentes geometrías para los cuerpos electro-activos y diferentes vectores de campo eléctrico, considerando ademas algunos ejemplos simples de ecuaciones constitutivas para el material. La segunda variación, y en particular su signo, se estudió como criterio para predecir la aparición de inestabilidades electro-elásticas.

Mestrado em Engenharia Química
A lenhina é um dos principais constituintes da madeira, representando cerca de 20 a 35% da massa da madeira seca e um dos principais subprodutos da indústria de pasta para papel. A lenhina apresenta na sua constituição uma grande variedade de grupos funcionais, como os grupos hidroxilo, carbonilo e carboxilo, que permitem ter uma capacidade de adsorção de uma gama alargada de compostos, desde metais de transição até substâncias húmicas e pesticidas. A lenhina torna-se assim um dos materiais promissores na aplicação em sensores químicos. Este trabalho teve como objectivo a incorporação da lenhina numa matriz polimérica com base em poli(óxido de propileno), para aplicação em sensores químicos. Foram sintetizados polímeros baseados em lenhinas provenientes de diferentes processos de cozimento de madeira, nomeadamente processo kraft, organosolv e sulfito. A caracterização dos co-polímeros, através da espectroscopia de impedância electroquímica, revelou que os co-polímeros eram dieléctricos e a baixa condutividade não permitiu o seu uso como materiais sensoriais. A adição aos co-polímeros de 0,72% (w/w) de nanotubos de carbono permitiu aumentar a sua condutividade em 5 e 6 ordens de grandeza. As análises realizadas aos co-polímeros revelaram que a dopagem com nanotubos de carbono não modificou as propriedades gerais dos co-polímeros. Os sensores foram preparados usando o método de drop-casting, isto é, colocando uma gota do polímero ainda líquido sobre a superfície do sensor de carbono vítreo ou de platina, seguido pela secagem a 60ºC, durante 4 horas. O estudo da sensibilidade dos sensores foi feito em soluções de vários iões, a diferentes concentrações. As medições potenciométricas foram efectuadas nas soluções de cálcio, cádmio, crómio (III), crómio(VI), cobre, ferro(III), mercúrio(II), sódio, chumbo e zinco, com gamas de concentrações entre 1×10-7 e 1×10-3 M. Foi também avaliada a resposta redox aos pares redox Cr(III)/Cr(VI) e Fe(CN)63-/4- e a resposta à variação de pH numa gama de pH 2 até pH 9. Os sensores demonstraram resposta significativa apenas ao ião Cr(VI). A resposta dos restantes iões foi nula ou baixa. A sensibilidade ao ião Cr(VI) a pH2 foi de 40, 50 e 53 mV/pX para os sensores revestidos com o co-polímero de lenhina kraft, organosolv e sulfito, respectivamente. O estudo da sensibilidade redox revelou a resposta teórica nas soluções do par redox Cr(III)/Cr(VI), de 20 e 21 mV/pX para os sensores com a lenhina organosolv e sulfito respectivamente e muito baixa nas soluções do par redox Fe(CN)63-/4. Estes resultados permitem concluir, que o mecanismo da resposta potenciométrica dos sensores à base dos co-polímeros de lenhina ao Cr(VI) inclui os processos de troca iónica e redução/oxidação. Os poliuretanos co-polimerizados com lenhina e dopados com os nanotubos de carbono revelaram-se materiais promissores para aplicações em sensores selectivos ao Cr(VI). ABSTRACT: Lignin is one of the main components of wood, representing approximately 20 to 35% of the dry wood mass, and one of the main waste products of the pulping industry. Lignin contains a variety of functional groups, such as hydroxyl, carbonyl and carboxyl, which impart it a capability to absorb various compounds, from transition metals to humic substances and pesticides. This makes lignin a promising active compound for sensing applications. The purpose of this study was synthesis and characterization of the co-polymer of polyurethane with lignin for the fabrication of all-solid-state potentiometric chemical sensors. Polymers based on lignins derived from different pulping processes namely kraft, organosolv and sulfite were synthesized. Obtained polymers were characterized using thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Polyurethane-lignin co-polymers were found to be dielectric with conductivity of 3×10-9, 5×10-10 and 1×10-9 S m-1 for the materials with kraft, organosolv and sulfite lignins respectively, which did not allow using them as sensor membranes. An addition of small amount (0.72% w/w) of multiwall carbon nanotubes resulted in the conductivity increase of 5 to 6 orders of magnitude. It was demonstrated that doping with low content of carbon nanotubes did not affect other properties of the co-polymers. Chemical sensors were prepared using drop-casting method by placing a drop of liquid polymer on the surface of carbon glass or platinum electrode followed by the curing at 60ºC for 4 h. Sensitivity of the sensors was evaluated by means of calibration measurements in the solutions of nitrates and chlorides of Na, Ca, Zn, Cd, Pb, Cu, Hg(II), Cr(III), Cr(VI) and Fe(III). Concentration ranges were from 1×10-7 to 1×10-3 M for all studied ions. Redox response was studied in the solutions of two redox pairs Cr(III)/Cr(VI) and Fe(CN)63-/4-. Total concentration was 1mM for both pairs with ratio of oxidized to reduced form changing from 0.01 to 100. Response to pH was measured in the range from 2 to 9. Low or no sensitivity was observed to all ions except Cr(VI) at pH 2, to which response of 40, 50 and 53mV/pX was displayed by the sensors based on kraft, organosolv and lignosulfonate lignins respectively. Redox sensitivity close to theoretical of 20 and 21 mV/pX for organosolv and lignosulfonate sensors respectively was observed in the Cr(III)/Cr(VI) solutions while very low response was observed in the Fe(CN)63-/4- solutions. It is, therefore, plausible to suggest that response mechanism of the lignin based sensors includes both specific interaction between chromate and lignin as well as a redox process. Conducting composite polymers based on the polyurethanes co-polymerized with lignins and doped with carbon nanotubes were demonstrated to be promising materials for Cr(VI)-sensitive potentiometric sensors.

O objectivo deste trabalho é estudar parte da vinha não regada da “Herdade dos Coelheiros”, de forma a verificar se existe algum padrão relacional entre a qualidade da uva produzida e a conductividade eléctrica aparente do solo. Este trabalho foi levado a cabo por se acreditar que a conductividade eléctrica aparente pode representar uma forma simples e económica de compreender as características de um determinado solo, podendo assim adequar-se o seu potencial à utilização real. Procedeu-se ao mapeamento da conductividade eléctrica aparente do solo com o sensor electromagnético DUALEM-1 ao longo de duas parcelas, em simultâneo com a sua georreferenciação, operação que abriu caminho à prática de uma agricultura de precisão. A recolha de monólitos e a elaboração de análises de solo permitiram relacionar as suas características com a conductividade eléctrica de modo a melhor compreender quais têm maior influência e qual a sua distribuição. Verificou-se que, o que mais afectou a conductividade eléctrica aparente do solo foi a camada argilosa, localizada a pouca profundidade, sobretudo nas zonas de declive mais acentuado devido a processos erosivos passados, que a deixaram a descoberto. A qualidade da uva foi avaliada de acordo com o pH, acidez total e grau alcoólico provável verificados logo após a colheita. As zonas de maior conductividade eléctrica aparente do solo foram as que apresentaram uvas de melhor qualidade; Abstract: The aim of this research is to study part of the not irrigated vineyard of "Herdade dos Coelheiros" in order to determine if there is any relational pattern between the quality of grapes produced and apparent soil electrical conductivity. This study was carried out since it is believed that the electrical conductivity may represent a simple and economic way to understand the characteristics of a soil and may thus fit the potential of a soil to its real use. We carried out the mapping of the apparent soil electrical conductivity using an electromagnetic sensor DUALEM-1 over two installments together with its georeferencing. This operation pioneered the practice of precision agriculture. The collection of monoliths and the preparation of soil analysis allowed us to relate their characteristics to the electrical conductivity in order to better understand which once have the greatest influence and what is its distribution. It was found that the clay layer, located at a shallow depth, had greater influence in electrical apparent conductivity, particularly in areas of steeper slope. The grape quality was evaluated according to the pH, total acidity and probable alcoholic degree observed immediately after harvest. The areas of greatest apparent soil electrical conductivity showed the best quality grapes.

This doctoral thesis studies the physical properties of polymeric composite materials, with the addition of ground tire rubber particles (GTR) and the use of any of these compounds for the electrical industry, either as a semiconductor, roofing, piping, insulation and stuffed in the world of electric cables or electric industry in general to provide an outlet for reusable materials from tires and give a new application is interesting for industry and also provide a solution to the serious problem of recycling such waste are as difficult to reuse the tires out of use. The difficulty to eliminate stocks of abandoned tires or store is a serious environmental problem. At present, various methods for recycling used tires, such as mechanical grinding, which separates the vulcanized rubber and steel fibers, using the rubber in many applications such as flooring, insulation, shoes, etc.. The carbon black is an important component in the tires with rates up to 30%, which is used to improve the behavior of these abrasive. This thesis investigates the electrical behavior (conductivity, permittivity, electric module, ...) of different composite materials obtained by mixing different polymers with different percentages of GTR (up to 70%) see their response depending on the amount of GTR, also depending on the frequency and temperature and see the potential feasibility for use in specific applications in the electric field. For this thesis are done different mixtures of materials (polymer insulators) with GTR to study the microstructural properties, thermal, mechanical and dielectric, by performing several tests: test DEA (impedance), test Drive Strain, Young's modulus, elongation at break, tensile strength, hardness, microstructure analysis by electron microscopy and thermal analysis by DSC testing of all compounds that have been made and conclusions drawn as to affect the incorporation tire dust in different proportions of GTR(0-5-10-20-40-50 and 70% ) and with different particle sizes (<200 µm, 200-500 µm,>500 µm). From then analyzes the information obtained from all the research done to extract conclusions, then analyzes the current regulations and how they might use some of the compounds analyzed by the electrical industry, and thus recovered difficult to recycle waste while helping to lower production costs by adding powder tires. In addition, this can mean that quantifies savings in the global market and the Spanish market while environmental factors are weighted, such as the CO2 emissions and the storage of this waste.
A la present Tesi doctoral s'aborda l'estudi de propietats físiques de materials polimèrics compostos, amb l’addició de partícules neumàtic fora d’ús (NFU o GTR –en anglès-) triturat i l'aprofitament d'algun d'aquests compostos per a la indústria elèctrica, ja sigui com a semiconductor, cobertes, canalitzacions, aïllament i farcits, en el món dels cables elèctrics o la indústria elèctrica en general per donar sortida a materials reutilitzables provinents de pneumàtics fora d'ús i donar una nova aplicació que sigui interessant per a la indústria i alhora donar una solució al greu problema del reciclatge d'aquest tipus de residus de difícil reutilització com son els neumàtics fora d’ús. La dificultat per eliminar els estocs de pneumàtics abandonats o emmagatzemar constitueix un greu problema mediambiental. En l'actualitat, s'utilitzen diversos mètodes per al reciclatge de pneumàtics, com la trituració mecànica, en la qual se separa el cautxú vulcanitzat de l'acer i les fibres, utilitzant aquest cautxú en nombroses aplicacions com paviments, aïllants, calçat, etc. El negre de fum és un component important en els pneumàtics amb percentatges de fins al 30%, que s'utilitza per millorar el comportament abrasiu d'aquests. En aquesta tesi doctoral s'investiga el comportament elèctric (conductivitat, permitivitat, mòdul elèctric, ...) de diferents materials compostos obtinguts mitjançant la barreja de diferents polímers amb diferents percentatges de NFU (fins a un 70%), veure la seva resposta en funció de la quantitat de NFU, en funció també de la freqüència i de la temperatura i veure la possible viabilitat per a ser utilitzats en aplicacions concretes en l'àmbit elèctric. Per a la present tesi doctoral es realitzen diferents mescles de materials (polímers aïllants), amb NFU per estudiar les propietats microestructurals, tèrmiques, mecàniques i dielèctriques, mitjançant la realització de diversos assaigs: assaig DEA (espectroscòpia d'impedàncies), assaig Tracció-Deformació , Mòdul de Young, Allargament a la ruptura, Resistència a la Ruptura, Duresa, Anàlisi de Microestructura mitjançant Microscòpia Electrònica i anàlisi tèrmica mitjançant assaig DSC de tots els compostos que s'han realitzat, i s'extreuen conclusions de com afecta la incorporació de pols de pneumàtic en diferents proporcions (0-5- 10-20-40-50 i 70% de NFU) i amb mides de partícula diferents (<200 μm, 200-500 μm, >500 μm). A partir d'aquí s'analitza la informació obtinguda de tota la investigació realitzada per extreure conclusions, tot seguit s'analitza la normativa vigent actual i de quina manera es podria utilitzar algun dels compostos analitzats per a la indústria elèctrica, i així es valoritza un residu de difícil reciclatge al mateix temps que es contribueix a baixar costos de producció per addició de pols de Pneumàtic Fora d'Ús. A més es quantifica en que pot suposar aquest estalvi a nivell mundial i espanyol a la vegada que es ponderen factors mediambientals, com pot ser l'emissió de CO2 i l'emmagatzematge d'aquest residu.

D’ençà que el polietilè reticulat (XLPE) es va començar a utilitzar com aïllament elèctric per cables de subministrament elèctric, s’han destinat molts esforços a l’estudi de les propietats dielèctriques del polietilè i l’efecte que la càrrega d’espai té sobre el seu comportament. En aquest sentit, les corrents de despolarització estimulades tèrmicament (TSDC) s’han utilitzat extensament per estudiar les relaxacions de càrrega d’espai. Aquesta tècnica ha demostrat tenir prou resolució per distingir diferències en aïllaments de XLPE amb composicions o processos de fabricació diferents. En aquesta tesi, els mecanismes de conducció dels aïllaments XLPE de cables de mitjana tensió (MV) han estat estudiats per TSDC i diverses tècniques complementàries, com l’anàlisi dinàmica elèctrica (DEA), les corrents d’absorció/resorció (ARC), el pols electroacústic (PEA) i les corrents de despolarització isotèrmiques (IDC). Altres tècniques, com l’espectroscòpia d’infrarojos (FTIR) o la difracció de raigs X, han estat també utilitzades per caracteritzar el material. S’han obtingut espectres TSDC per diferents mostres de cable, les quals en condicions de servei treballen en un rang de tensió AC de 12 a 20kV i a temperatures al voltant dels 90ºC. D’altra banda, s’han realitzat mesures de la conductivitat per ARC i DEA en mostres de cable, en cilindres de XLPE i en films. Les mesures s’han dut a terme a temperatures pertanyents al rang de fusió del XLPE (50–110ºC), en mostres sotmeses a aquestes temperatures durant diferents períodes de temps. Els resultats mostren diferències importants entre el comportament de les propietats conductives de les mostres de cable amb pantalles semiconductores (SC) i sense (cilindres de XLPE). El comportament observat ha estat explicat mitjançant la coexistència de dos mecanismes de conducció. La difusió d’impureses des de les pantalles SC determina el comportament d’una d’aquestes contribucions a mig i llarg termini. Els resultats obtinguts per FTIR són consistents amb aquest model. Respecte la microestructura, tant les mesures DSC com la difracció per raigs X mostren que existeixen processos de recristal•lització quan les mostres són sotmeses a temperatures ubicades dins del rang de fusió. Els electrets formats mitjançant el mètode de la polarització per finestres (WP) mostren una descàrrega TSDC amb un ample pic heteropolar en el rang de fusió, amb el màxim al voltant dels 105ºC. En treballs previs, aquest pic es va associar a la fusió de la fracció cristal•lina. Tanmateix, en lloc de decréixer quan la temperatura de polarització augmenta, el pic presenta una temperatura de polarització òptima al voltant de 90-95ºC. Aquest comportament ha estat explicat tenint en compte els processos de recristal•lització que es produeixen quan el material es polaritza isotèrmicament. Durant la recristal•lització, una nova fracció cristal•lina creix en un estat polaritzat degut el camp aplicat, i origina una corrent de despolarització quan es fon durant la mesura TSDC. Amb l’objectiu de determinar l’origen d’altres pics que apareixen en l’espectre TSDC del XLPE, s’han emprat les IDC com a tècnica complementària. Les corrents IDC obtingudes de mostres no tractades es poden representar com la combinació de dues contribucions diferenciades: un terme que és una funció potencial del temps i un d’exponencial. La segona relaxació es correspon amb un pic TSDC que apareix a 95ºC. D’aquesta manera s’ha pogut determinar l’origen dipolar del pic. Finalment, mitjançant la tècnica PEA s’ha obtingut la distribució de la càrrega d’espai en mostres polaritzades que havien estat sotmeses a diferents tractaments tèrmics. S’ha observat un comportament transitori tant per PEA com per TSDC. Tanmateix no s’ha pogut establir cap relació directa entre les descàrregues TSDC i mesures PEA. En conseqüència, s’ha proposat una explicació per les corbes TSDC que considera mecanismes que no són detectables en els perfils de càrrega obtinguts per PEA
Since cross-linked polyethylene (XLPE) started to be used as electrical insulation for power cables, much research has been focused on polyethylene dielectric properties and the effect of the space charge on its behavior. In this sense, thermally stimulated depolarization currents (TSDC) have been widely used to study space charge relaxation. This technique has proved to have enough resolution to determine differences in charge trapping properties among XLPE insulations with different composition and manufacturing processes. In this thesis work, the conduction mechanisms of medium voltage (MV) cable XLPE insulation have been studied by TSDC and several complementary techniques, such as dynamic electrical analysis (DEA), absorption/resorption currents (ARC), pulsed electroacoustic (PEA) and isothermal depolarization currents (IDC). Other techniques, like Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy or X-ray diffractometry, have been used to characterize the material. TSDC spectra have been obtained for different cable samples, which in service conditions work under AC voltages ranging from 12 to 20kV and at temperatures around 90ºC. On the other hand, conductivity measurements by ARC and DEA have been performed in cable samples and in XLPE cylinders, as well as XLPE films. Measurements have been carried out at temperatures within the melting temperature range of XLPE (50–110ºC) on samples annealed at such temperatures during several annealing times. Results show significant differences in the behavior of the conductive properties of XLPE cable samples with semiconducting (SC) screens and without them (XLPE cylinders). The observed behavior has been explained by the coexistence of two conduction mechanisms. Diffusion of impurities from SC screens determines the medium and long-term behavior of one of these contributions and, hence, of cable conductivity. FTIR results are consistent with this model. With respect to microstructure, DSC and X-ray diffractometry results show that recrystallization processes exist when samples are annealed in the melting range of temperatures. Electrets formed by means of the windowing polarization method (WP) showed a TSDC discharge with a wide heteropolar peak in the melting temperature range, and with the maximum at about 105ºC. This peak was associated with the melting of the crystalline fraction in previous works. However, in spite of decreasing with the temperature of polarization, an optimal polarization temperature around 90–95ºC is found. This behavior has been explained by taking into account recrystallization processes when the insulation is isothermally polarized. During recrystallization, the new crystalline fraction grows in a polarized state due to the applied electric field, and it causes the depolarization current when it melts during the TSDC measurement. Results obtained from different experiments are consistent with this assumption. With the aim to find out the origin of other TSDC peaks present in the spectrum of XLPE cable samples, IDC has been used as complementary technique. IDC currents obtained from as-received cable samples at temperatures close to service conditions can be considered as the combination of two different contributions: a power law current and a stretched exponential contribution. The last relaxation process has been successfully associated with with a TSDC peak found at 95ºC. By this way the dipolar origin of the peak has been determined. Finally, PEA measurements have provided the space charge distribution profiles of polarized samples with different annealings. A transient behavior has been observed in both PEA and TSDC measurements. However, no straightforward relation between TSDC discharges and space charge detected by PEA can be established. Therefore, an explanation for TSDC curves has been proposed, which considers mechanisms that are not noticeable in charge profiles obtained by PEA.

Two treatment modalities based on the electroporation phenomenon, electro-chemotherapy and irreversible electroporation, have been developed in the last decades to destroy solid tumors. These treatments are based on the delivery of short high voltage pulses across electrodes and their success depends on covering the whole tumor with an adequate electric field magnitude. This leads to a need for software tools capable of allowing patient-specific treatment planning. In particular, there is a need for treatment planning tools similar to those used in radiotherapy in order to plan the location of the electrodes and the voltage magnitudes to be applied across these electrodes. Here it is described a treatment planning platform prototype which allows users to perform the complete treatment planning sequence in a single environment. The planned treatment volume is represented on the patient medical images after computing, by the finite element method, the electric field magnitude generated by needle-shaped electrodes. Here it is also reported a study in which the above prototype was employed for analyzing the potential impact of liver blood vessels on tumor ablation by irreversible electroporation. From this study it is concluded that those vessels must not be neglected in treatment planning and that undertreatment around those vessels may be occurring frequently in current irreversible electroporation treatments of liver tumors. Finally, it is described the implementation and characterization of a fast semi-analytical algorithm for computing the electric field distribution generated by needle-shaped electrodes. This algorithm is intended to rapidly pre-visualize the expected treatment region before proceeding with an accurate, but laborious and slow, computation based numerical methods.
Dos modalidades de tratamiento basadas en el fenómeno de la electroporación, la electroquimioterapia y la electroporación irreversible, han sido desarrolladas en las últimas décadas para destruir tumores sólidos. Estos tratamientos se basan en la aplicación de pulsos cortos de alta tensión a través de electrodos y para su éxito se requiere abarcar todo el tumor con una magnitud de campo eléctrico adecuada. Esto lleva a la necesidad de herramientas software que permitan la planificación de tratamiento específica del paciente. En particular, existe la necesidad de herramientas de planificación de tratamiento similares a las utilizadas en radioterapia para planificar la ubicación de los electrodos y las magnitudes de voltaje a aplicar a través de estos electrodos. Aquí se describe un prototipo de plataforma de planificación de tratamiento que permite a los usuarios realizar la secuencia completa de planificación de tratamiento en un solo entorno. El volumen planificado de tratamiento se representa sobre las imágenes médicas del paciente después de calcular, mediante el método de elementos finitos, la magnitud del campo eléctrico generada por electrodos en forma de aguja. Aquí también se detalla un estudio en el que el prototipo anterior se empleó para analizar el impacto potencial de los vasos sanguíneos hepáticos sobre la ablación de tumores por electroporación irreversible. De este estudio se concluye que estos vasos no deben ser descuidados en la planificación del tratamiento y que alrededor de esos vasos se puede estar produciendo sub-tratamiento frecuentemente en los tratamientos de electroporación irreversible que actualmente se aplican para tumores hepáticos. Finalmente, se describe la implementación y caracterización de un algoritmo semi-analítico rápido para calcular la distribución de campo eléctrico generada por electrodos en forma de aguja. Este algoritmo está destinado a pre-visualizar rápidamente la región de tratamiento esperada antes de proceder con un preciso, pero laborioso y lento, proceso de cálculo basado en métodos numéricos.

La productividad de los suelos está determinada por factores naturales y por la acción antrópica. Esta última puede aumentar significativamente el rango de variación y la heterogeneidad espacial de las propiedades del suelo, incluso dentro de un mismo lote. La creciente adopción de la Agricultura de Precisión ofrece diferentes métodos para detectar y mapear los patrones de la condición de suelo relacionada a la variación espacial, donde una técnica en incremento es la medición de la CEa con el Sensor Veris 3100. El objetivo de este trabajo fue Identificar áreas con características de suelo similares en un mismo lote por medio del uso del Veris 3100 para ser utilizadas en un programa de agricultura de precisión. El estudio se realizó en tres localidades de la Provincia de Corrientes: Mercedes, Perugorría y El Sombrero. Se midió la CEa por medio del sensor Veris 3100 a una profundidad de 0-90 cm y en una serie de transectas separadas de 5 a 15 metros. Posteriormente se realizó la confección los semivariogramas experimentales a los cuales se les ajustó un modelo matemático buscando obtener el menor Cuadrado Medio del Error. Finalmente por interpolación se confeccionaron los mapas de CEa. A los mismos se los dividió en tres rangos de CEa donde posteriormente se tomaron las muestras de suelo, a partir de un Muestreo al Azar Estratificado a 0-30, 30-60 y 60-90 cm. Se hicieron determinaciones de Textura, contenido hídrico del suelo, MO, pH, CEe, P extractable, Ca, Mg, Na, K, y SB. También se hicieron mediciones de Altimetría y se midió rendimiento del cultivo de maíz. La correlación entre la CEa y las propiedades de suelo y planta estudiadas, fueron analizadas con el procedimiento PROC CORR de SAS y el ANOVA de los datos obtenidos utilizando el procedimiento PROC MIXED de SAS. La CEa correlacionó con Textura de suelo, MO, SB, cationes, Rendimiento del cultivo pH y CEe, P extractable y Altimetría del terreno dependiendo de la localidad bajo estudio. La humedad del suelo no correlacionó con la CEa en ninguna de las tres localidades. Este estudio avala la división y clasificación provista por el Veris 3100 en tres zonas de manejo sitio específico (Alta – Media – Baja) para cada una de las tres localidades estudiadas.

La tomografía de impedancia eléctrica (EIT) permite estimar la conductividad eléctrica interna de un cuerpo. Consiste en aplicar una corriente eléctrica sobre su frontera y medir el potencial eléctrico resultante mediante un arreglo de sensores. Es considerada como una potencial herramienta de diagnóstico médico, caracterizada principalmente por su portabilidad y relativo bajo costo. Si bien se encuentra aún en etapa de desarrollo, está comenzando a ser utilizada en centros de salud para la caracterización del aparato cardio-respiratorio y existe un creciente interés en su aplicación a las neurociencias. Por ejemplo, es posible utilizar la EIT para construir modelos virtuales de la cabeza más precisos mediante la estimación de la conductividad eléctrica de los principales tejidos de la cabeza como un conjunto de parámetros relativamente pequeño, modalidad denominada EIT paramétrico. También se puede utilizar la EIT para generar un mapa de la distribución de conductividad eléctrica interna de un objeto, llamado problema de reconstrucción en EIT. Los cambios de la conductividad eléctrica en la cabeza pueden estar asociados a la actividad neuronal, a focos epilépticos, a accidentes cerebro-vasculares o a tumores. Ambas modalidades de EIT requieren la resolución del problema directo (PD), que consiste en el cálculo de la distribución de potencial eléctrico en el objeto originada por la inyección de corriente sobre su superficie, suponiendo que la conductividad interna es conocida. La estimulación de corriente continua transcraneal (tDCS) es físicamente muy similar a la EIT, pero la corriente eléctrica es aplicada sobre el cuero cabelludo de modo de alterar la tasa de disparos de poblaciones de neuronas en una región de interés. Es una potencial alternativa al empleo de psicofármacos para tratar desórdenes como epilepsia o depresiones. En esta tesis se desarrollan y analizan nuevos métodos para distintos problemas de EIT, centrándose mayormente en aplicaciones a la cabeza humana, y de tDCS. En primer lugar, se describen soluciones analíticas y numéricas para el PD en EIT, estas últimas basadas en el método de los elementos finitos. Luego, se desarrolla un nuevo procedimiento para resolver el PD con bajo costo computacional basado en la formulación del PD en electroencefalografía (EEG). Se propone un nuevo método para determinar la forma de onda de la fuente de corriente que permite desafectar la actividad propia del cerebro con un bajo número de muestras temporales. En EIT paramétrico, se utiliza la cota de Cramér-Rao (CRB) para determinar pares de electrodos convenientes para la inyección de corriente y para analizar límites teóricos en la estimación de las conductividades del cráneo y del cuero cabelludo, modelizándolos como tejidos isótropos y anisótropos. A su vez, se propone el estimador de máxima verosimilitud (MLE) como herramienta para realizar las estimaciones. El MLE se aplica a mediciones simuladas y reales de EIT mostrando un desempeño muy cercano a los límites teóricos. Para el problema de reconstrucción en EIT se adapta el algoritmo sLORETA, muy utilizado en el problema de localización de fuentes de actividad neuronal en EEG. Además, se lo modifica levemente para incorporar la regularización espacial de Laplace. Por otro lado, se introduce la utilización de filtros espaciales adaptivos para localizar cambios de conductividad de pequeño tamaño y estimar su variación temporal. Los resultados muestran mejoras en sesgo y resolución, en comparación con algoritmos de reconstrucción típicos en EIT. Estas mejoras son potencialmente ventajosas en la detección de accidentes cerebro-vasculares y en la localización indirecta de fuentes de actividad neuronal. En tDCS, se desarrolla un nuevo algoritmo para la determinación de patrones de inyección de corriente basado en el principio de reciprocidad y que considera restricciones de seguridad y de hardware. Los resultados obtenidos a partir de simulaciones muestran que el desempeño de dicho algoritmo es comparable al desempeño de algoritmos de optimización tradicionales cuyas soluciones implicarían un equipamiento comparativamente más complejo y costoso. Los métodos desarrollados en la tesis son comparados con métodos pre-existentes y validados a través de simulaciones numéricas por computadora, mediciones sobre maquetas experimentales (ó fantomas) y, de acuerdo con las posibilidades experimentales y respetando los principios de la bioética, mediciones reales sobre humanos.
Electrical impedance tomography (EIT) is a technique to estimate the electrical conductivity of an object. It consists in the application of an electric current on its boundary and the measurement of the resulting electric potential with a sensor array. In clinical practise, it is considered as a potential diagnostic tool characterized by its portability and relatively low cost. While it is still in a development stage, it is starting to be used in health centers to characterize the cardio-respiratory system. In turn, there is an increasing interest of EIT in neuroscience. For example, EIT can be used to estimate the electrical conductivity of the main tissues of the head as a set of a relatively low number of parameters, which is known as bounded or parametric EIT. This is useful for several medical imaging techniques that require realistic and accurate virtual models of the head. EIT can also be used to generate a map of the internal distribution of the electrical conductivity, known as the reconstruction problem. Tracking conductivity changes inside the head is of great interest as they may be related to neuronal activity, epileptic foci, acute stroke, or tumors. Both modalities of EIT require the solution of the EIT forward problem (FP), i.e., the computation of the electric potential distribution due to current injection on the scalp assuming that the electrical conductivity is known. The transcranial direct current stimulation (tDCS) is another technique which is physically very similar to EIT. It consists in injecting a small electric current in a convenient way such that it stimulates specific neuronal populations, increasing or decreasing their firing rate. It is considered as an alternative to psychoactive drugs in the treatment of brain disorders such as epilepsy or depression. This thesis describes the development and analysis of new methods for EIT FP, parametric EIT, reconstruction in EIT, and tDCS, focusing primarily (although not exclusively) in applications to human head. We first describe analytical and numerical approaches for the EIT FP, where the numerical approach is based on the finite element method. Then, we develop a new procedure to solve the EIT FP based on the electroencephalography (EEG) FP formulation, which results in computational advantages. We propose a new method to determine the waveform of the electric current source such that the neuronal activity of the brain can be neglected with the smallest possible number of time samples. In parametric EIT, we use the Cramér-Rao bound (CRB) to determine convenient electrode pairs for the current injection and theoretical limits in the estimation of the electrical conductivity of the main tissues of the head, which we model as isotropic and anisotropic. We propose the maximum likelihood estimator (MLE) to estimate these conductivities and we test it with simulated and real EIT measurements, showing that the MLE performs close to the CRB. We adapt the sLORETA algorithm to the reconstruction problem in EIT. This algorithm is being widely used in the source localization problem in EEG. We also slightly modify it to include the Laplace smoothing prior in the solution. Likewise, we introduce the use of adaptive spatial filters in the localization of conductivity changes and the estimation of its time courses from EIT measurements. The results show improvements over typical EIT algorithms. These improvements may benefit the early detection of acute strokes and the localization of neuronal activity using EIT. In tDCS, we develop a new algorithm to determine convenient current injection patterns. It is based on the reciprocity principle and considers hardware and safety constraints. Our simulation results show that this method performs similarly to other commonly used algorithms that require more complex and costly equipments. The methods we develop and study in this thesis are compared with pre-existing methods and are validated through numerical simulations, measurements on phantoms and, according to the experimental possibilities and bioethical principles, humans.