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Item type: Ítem , Access status: Acceso Abierto , Caracterización microestructural y frente a la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico Nitronic 50(Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Guerrero Gil, Daniel; Rodríguez, Martín A.; Di Toma, Sebastián; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología Jorge Sabato; ArgentinaEl acero inoxidable austenítico (ASS) Nitronic 50 (N50) se destaca por su alta resistencia mecánica, lo que permite mayores tensiones admisibles en el diseño respecto de los grados 304, 316 y 347. Por esta razón, fue seleccionado para un proyecto de la Comisión Nacional de Energía Atómica. En este trabajo se realizó un análisis microestructural y se evaluó la tenacidad al impacto de cupones soldados con metal de aporte ER209, químicamente equivalente al N50, en condición soldada y tras un envejecimiento de 100 horas a 400°C. También se analizó la resistencia a la corrosión intergranular del metal base con distintos tratamientos térmicos de sensibilización. Se emplearon técnicas de caracterización como microscopia óptica, electrónica de barrido y de transmisión, microdureza, ensayos de flexión y de corrosión intergranular. Los resultados mostraron que el material está compuesto por austenita, ferrita y fase sigma, y que no es completamente homogéneo microestructuralmente. La energía absorbida en el ensayo de Charpy fue de 27 J a -20 °C en la condición envejecida, atribuible a la fase sigma y a la ferrita endurecida tras el envejecimiento. Además, durante el ensayo de plegado se observaron fisuras asociadas a la presencia de fase sigma. Un tratamiento térmico a 1065 °C por 1 hora eliminó la fase sigma, recuperó la ductilidad en el ensayo de plegado y restableció la condición en la que el material debería haber sido suministrado. La microestructura del ER209 es austenoferrítica. Tras el envejecimiento, no se observaron transformaciones de fase, pero la energía de Charpy disminuyó en un 40%, de 92 J a 55 J a - 20 °C, y la dureza aumentó en 60 HV, lo que sugiere que el posible mecanismo de degradación es la fragilización de los 475°C debido a la presencia de la ferrita. Dado que el envejecimiento representa una condición acelerada a la temperatura de operación, se propone extender los tiempos de envejecimiento del ER209 para conocer en profundidad las transformaciones de fase asociadas a la degradación de la tenacidad. Finalmente, el N50 no está cubierto por la norma ASTM A262 para evaluar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Por ello, se realizaron tratamientos de sensibilización de hasta 24 horas a 675°C con el objetivo de evaluar la aplicabilidad de las prácticas A y E de esta norma. Los resultados confirmaron que estas prácticas son útiles para detectar material sensibilizado. Además, se determinó que el N50 posee una alta resistencia a la sensibilización, la cual no afectaría al acero durante los ciclos térmicos de la fabricación.Item type: Ítem , Access status: Acceso Abierto , Recubrimientos funcionales para protección de metales(Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Ruiz Coman, Fernando; Angelomé, Paula C.; Bordoni, Andrea V.; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología Jorge Sabato; ArgentinaEl recubrimiento de superficies metálicas con films delgados de óxidos mesoporosos preparados por el método sol-gel es un tema de gran interés, debido a las ventajas que presenta esta metodología de síntesis: versatilidad en cuanto a composición, posibilidad de incorporar nanopartículas, bajo costo, condiciones suaves de procesamiento y bajo impacto en el medio ambiente. Dentro de las propiedades que pueden mejorarse realizando este tipo de recubrimientos se destacan el aumento de la resistencia a la corrosión y la mejora en la osteointegración en prótesis. Con el objetivo a largo plazo de contribuir al desarrollo de este tipo de recubrimientos, en el presente trabajo se estudió la síntesis de films delgados de óxidos mesoporosos sobre sustratos metálicos por diversas técnicas de deposición. En primer lugar, se buscó optimizar las condiciones de síntesis de films delgados mesoporosos sobre aluminio AA5052 y acero inoxidable para lograr obtener un recubrimiento libre de grietas y fisuras que no genere daños en el sustrato. Por otra parte, se realizaron los primeros ensayos para obtener recubrimientos sobre titanio metálico, usando el conocimiento previo adquirido en depósitos sobre otros metales. El depósito de los films se realizó tanto por técnicas tradicionales (dip y spin coating) como con la técnica de spray coating. Los films obtenidos se caracterizaron mediante microscopías óptica y electrónica de barrido, técnicas de difracción de Rayos X y medidas de ángulo de contacto. De esta manera, se pudo comprobar que, dependiendo del sustrato elegido, es posible obtener films delgados de SiO2 o TiO2 mesoporosos, accesibles y libres de grietas. Por otro lado, se sintetizaron, caracterizaron y cargaron con moléculas orgánicas modelo nanopartículas mesoporosas de SiO2. Estas partículas fueron posteriormente utilizadas para el desarrollo de recubrimientos funcionales basados en ellas y films delgados mesoporosos. Se estudiaron diferentes alternativas de depósito y combinación entre ambos componentes. Así, fue posible encontrar las condiciones ideales para lograr un recubrimiento adecuado sobre los sustratos modelo. Por último, se avanzó en la síntesis y caracterización de películas mesoporosas preparadas por el método de spray coating. Por un lado, se determinó que los espesores obtenidos por esta técnica son equivalentes a los accesibles por técnicas tradicionales. Por otro, se pudo realizar una primera caracterización de los arreglos de mesoporos mediante técnicas de Rayos X y se determinó que la técnica de depósito puede afectar este parámetro. Finalmente, se ensayó la posibilidad de realizar recubrimientos sobre distintos tipos de sustratos curvos, con resultados exitosos. Específicamente, fue posible obtener películas delgadas de TiO2 y SiO2 con mesoporos ordenados y accesibles sobre vidrios curvos. En conclusión, el presente trabajo aportó al desarrollo de recubrimientos funcionales de superficies metálicas a través del método sol-gel mediante spin, dip y spray coating, con vistas a diferentes aplicaciones como recubrimientos protectores contra la corrosión y en el área biomédica.Item type: Ítem , Access status: Acceso Abierto , Elaboración, caracterización, simulación numérica y ensayo de celdas solares basadas en semiconductores III-V(Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Saint-Andre, Simón; Barrera, Marcela Patricia; Rodríguez, Daniel Fabián; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología Jorge Sabato; ArgentinaEsta Tesis está enmarcada en el estudio y desarrollo de celdas solares para aplicaciones espaciales en el país. Tiene como objetivo contribuir al progreso del conocimiento científico-tecnológico en el campo de las celdas solares basadas en materiales semiconductores III-V, y en particular a su simulación, fabricación y caracterización óptica y eléctrica. Fue realizada en el Departamento Energía Solar (DES) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), que ha sido el responsable de la integración de los paneles solares de varias Misiones Espaciales argentinas. Una celda solar de GaAs convencional consiste en una juntura n − p. Por encima de esta, se encuentra una capa ventana y una capa de contacto mientras que por debajo de la juntura se encuentra una capa Back Surface Field (BSF). Todas estas capas películas se crecen epitaxialmente sobre un sustrato. Para completar la celda es necesario depositar una grilla de contactos en la cara superior y otro contacto en la cara inferior, remover la capa de contacto de la superficie libre de la cara superior, y depositar una capa antirreflectante (ARC). Como parte del objetivo de desarrollo de celdas solares, se puso el foco en la optimización de capas antirreflectantes, que aumentan la cantidad de luz que ingresa en la celda solar. Se investigó el comportamiento de una bicapa de nanotubos de TiO2 como ARC para celdas solares de GaAs. Se fabricaron bicapas de nanotubos mediante anodizado electroquímico sobre sustratos de Si y GaAs, las cuales se caracterizaron óptica y estructuralmente, modelando su comportamiento como antirreflectante sobre celdas solares de GaAs. Se desarrolló software específico para optimizar los espesores de películas antirreflectantes, obteniéndose diseños de ARC con una reflectividad pesada <2 %. Mediante el código de simulación D-AMPS (New Developments – Analysis of Microelectronic and Photonic Devices - One Dimensional) se simuló una celda de GaAs con este ARC, se obtuvo un aumento de la corriente de cortocircuito del orden del 40 %. Siguiendo el objetivo de simulación de celdas en aplicaciones espaciales, se modeló la carga térmica en celdas solares de triple juntura, con sustrato de Ge. Se analizó el efecto de la absorción por portadores libres, la concentración del dopaje en la base, el espesor del sustrato y la reflectividad en la cara posterior mediante un modelo de multicapas, obteniendo la absorción y reflectividad de la celda en el espectro infrarrojo. Se demostró que adelgazar las celdas y disminuir el dopaje de la base puede tener un impacto significativo en la temperatura de funcionamiento de una celda solar, >6°C. Para una órbita terrestre, este efecto corresponde a una disminución de la potencia disipada >9 %. En cuanto al objetivo de elaboración de celdas, se diseñaron, fabricaron y caracterizaron celdas solares de GaAs a partir de crecimientos epitaxiales. Entre los dispositivos desarrollados, se encuentran las primeras celdas solares de GaAs elaboradas íntegramente en Argentina. Se propuso la estructura del crecimiento epitaxial del dispositivo, que fue crecida mediante Molecular Beam Epitaxy (MBE) por el Grupo de Dispositivos y Sensores del Centro Atómico Bariloche - CNEA. Se diseñó el flujo de proceso para la elaboración de celdas, se pusieron a punto las técnicas necesarias y los dispositivos resultantes se caracterizaron eléctricamente. Mediante el código de simulación D-AMPS se modelaron los dispositivos, lo que permitió evaluar el proceso de ataque de la capa de contacto y guiar el diseño de la ventana para próximos crecimientos. Teniendo en cuenta las aplicaciones espaciales, se realizó una experiencia de daño por radiación, con una fluencia equivalente a 8 años de órbita baja (LEO), observándose una degradación del 7 % en la eficiencia cuántica externa (EQE) de las celdas.Item type: Ítem , Access status: Acceso Abierto , Desarrollo de materiales para dispositivos de conversión de energía(Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Siervers, Bernardo; Sacanell, Joaquín; Granja, Leticia; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología Jorge Sabato; ArgentinaEn esta tesis se investigó el diseño, síntesis y caracterización de películas delgadas mesoporosas de zirconia estabilizada con itria (YSZ), enfocándose en la influencia de la nanoestructuración y la mesoporosidad sobre el transporte iónico, con vistas a su aplicación como interfaz entre el electrodo y el electrolito en celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). El trabajo combinó enfoques experimentales y teóricos, integrando técnicas avanzadas de caracterización estructural, espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE) y simulaciones ab initio basadas en teoría del funcional de la densidad (DFT). Se desarrollaron películas delgadas densas y mesoporosas de YSZ con concentraciones de dopante de 4% y 10% molar de itrio, depositadas sobre diversos sustratos mediante el método sol-gel asistido por autoensamblado inducido por evaporación. El uso de diferentes agentes moldeantes permitió controlar el grado de porosidad y evaluar su efecto sobre las propiedades funcionales del material. Se exploraron distintos tratamientos térmicos con el objeto de preservar la estructura mesoporosa. La caracterización estructural mediante, microscopía electrónica, difracción y reflectometría de rayos X, reveló que la morfología de los films logra mantenerse ordenada y homogénea sometiendo los films a tratamientos térmicos a 500 °C previamente a ser sometidos a la caracterización de EIE. Las mediciones de impedancia electroquímica en configuración paralela al sustrato permitieron analizar el comportamiento del transporte iónico en función de la temperatura. Los resultados demostraron que la presencia de una mesoporosidad altamente accesible mejora la conductividad superficial y reduce la energía de activación del proceso global de conducción iónica. Se identificó un mecanismo dominante consistente con la migración de iones de oxígeno a lo largo de los bordes de grano y superficies internas. Las simulaciones DFT-NEB confirmaron que las barreras de energía para la migración iónica son menores en trayectorias superficiales, particularmente en regiones pobres en itrio, confirmando los resultados experimentales. Asimismo, se fabricaron y evaluaron celdas simétricas compuestas por películas delgadas mesoporosas sobre sustratos monocristalinos de YSZ. Estas celdas exhibieron mejoras sustanciales en la respuesta electroquímica, lo cual se atribuye a una mayor área activa y mejor conectividad del transporte superficial. Los resultados de esta tesis demuestran que el control de la microestructura a través de la síntesis mesoporosa permite optimizar el desempeño de materiales cerámicos para dispositivos de conversión de energía y constituye un avance en el uso de películas delgadas para SOFC. Esto abre nuevas líneas dentro de este tema del diseño racional de electrolitos nanoestructurados, con potencial para contribuir al desarrollo de SOFCs más eficientes y operativas a temperaturas intermedias.Item type: Ítem , Access status: Acceso Abierto , Estudio cinético-mecanístico de reacciones sólido-gas de óxidos de tierras raras livianas(Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología "Jorge Sabato") Pomiro, Federico José; Fouga, Gaston G.; De Micco, Georgina; Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Académica. Gerencia Instituto de Tecnología Jorge Sabato; ArgentinaLos elementos de tierras raras generalmente se dividen en elementos de bajo peso atómico, los cuales son el lantano, el cerio, el praseodimio, el neodimio, el prometio (aunque no fue considerado en esta tesis debido a su inestabilidad), el samario, el europio o el gadolinio, conocidos como elementos livianos de tierras raras y elementos pesados de tierras raras, desde el gadolinio o el terbio al lutecio y el itrio. El objetivo de esta tesis es explorar en profundidad los aspectos fundamentales y aplicados de las reacciones heterogéneas sólido-gas que involucren óxidos de tierras raras livianas, siendo la reacciones estudiadas la cloración y la carbocloración de óxidos de tierras raras utilizando Cl2(g) como agente clorante, con importancia en la metalurgia extractiva de tierras raras livianas y producción de cloruros solubles, y la conversión de CO2(g) a CO(g) mediante ciclos oxido-reducción sobre óxidos no estequiométricos tipo perovskitas y dióxido de cerio dopado, con importancia en la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero y producción de syngas. En los casos de tener disponibles datos termodinámicos de los compuestos involucrados, se realizaron cálculos termodinámicos que principalmente se basan en la minimización de la energía libre de Gibbs para determinar la factibilidad de ocurrencia de las reacciones. Posteriormente, se analizó la evolución de los sistemas mediante técnicas termogravimétricas y difracción de rayos X-in situ, complementado con técnicas de caracterización de materiales que permiten evaluar el avance de las reacciones estudiando cambios en los reactivos y generación de productos sólidos y/o gaseosos, tales como la determinación de la estructura cristalina por difracción de rayos X, el estudio morfológico por microscopía electrónica de barrido, el análisis de estados de oxidación por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y la identificación de compuestos gaseosos por espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, entre otros. Con resultados experimentales y análisis de datos termodinámicos de las reacciones de cloración de óxidos de tierras raras, se pudo establecer una correlación de acuerdo a su comportamiento, teniendo en cuenta estados de oxidación que pueden adquirir los lantánidos y su radio iónico, determinando temperatura inicial de cloración por medición no isotérmica y velocidades por mediciones isotérmicas, donde el gadolinio presenta algunas diferencias con respecto a las tierras raras livianas y puede considerarse intermedio entre estas y las pesadas. Con respecto al producto de cloración, el oxicloruro de praseodimio presenta algunas características distintivas, siendo la fórmula general PrO1+xCl, donde el valor de x depende de la temperatura a la que es llevada a cabo la reacción de cloración. Al comparar las carbocloraciones de óxidos de tierras raras livianas, se observó que la formación del oxicloruro ocurre a temperaturas similares a la cloración, sin influencia del carbono. En la segunda etapa, la formación del tricloruro es más rápida con carbono, comenzando alrededor de los 600 °C, coincidiendo con la oxidación del carbono en atmósferas de cloro-oxígeno. Esto sugiere un proceso limitante común en todos los sistemas evaluados. Además, la carbocloración permitió obtener los cloruros de tierras raras sin volatilizar, los cuales pueden ser utilizados como precursores para la síntesis de materiales utilizados para la conversión de CO2(g). Los materiales estudiados para la conversión de CO2(g) fueron los óxidos tipo perovskita con fórmula general LaCo1-xFexO3, fases Ruddlesden-Popper La1-xNdxSrCoO4 y óxidos mixtos de cerio y praseodimio sintetizados con el método de sol-gel. Se estableció que la reacción de reducción de las perovskitas LaCo1-xFexO3 (x=0; 0,50) con H2(g) es independiente del tamaño de partícula, mientras que la subsecuente oxidación con CO2(g) es afectado con este factor, siendo la velocidad de reacción mayor para materiales con menor tamaño de cristalita, lo que hace que materiales nanométricos son los adecuados para la utilización de conversión de CO2(g) a CO(g) vía ciclos RWGS. Se determinaron parámetros y modelos cinéticos para las etapas de reducción y oxidación del ciclo RWGS. En comparación con la perovskita, las fases Ruddlesden Popper exhiben una estabilidad superior en atmósferas reductoras, evitando la descomposición a lo largo de los ciclos. Sin embargo, debido a la necesidad de alta temperatura y prolongados tiempos para su síntesis, lo que genera materiales con baja relación superficie/volumen, se dificulta la reacción de conversión de CO2(g) a CO(g). Entre los resultados más relevantes obtenidos se pueden destacar el hallazgo de dos composiciones óptimas de los materiales estudiados para su uso en ciclos de conversión de CO2(g) a CO(g) mediante desplazamiento inverso de agua gaseosa (RWGS), los cuales consisten en una estructura tipo perovskita LaCo0.50Fe0.50O3 y un óxido mixto de cerio y praseodimio Ce0.75Pr0.25O2-δ, este último presenta una mejora significativa comparado con el óxido de cerio que es uno de los materiales más estudiados para este propósito, logrando un rendimiento promedio de CO(g) de 0,6 mmol/(g óxido.ciclo) y una velocidad de conversión máxima de 0,26 mmol/(g óxido.min) a 500 °C.