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This work shows the possibility to employ sulfonated tetrafluoroethylene-based fluoropolymer-copolymer, commercially known as Nafion, as a sensible layer on sensors to detect organic solvents such as ketones. The detection and evaluation of ketone corpuses is very important for multiple applications on medicine, specially to detect and evaluate diabetes mellitus from the breath of patients. Nafion is a very stable copolymer, easily available and relatively inexpensive. This allows us to envision the possibility of having cheap and reliable sensors to detect vapors of these substances based on this copolymer. The main result of the present work is that Nafion can protonate gaseous ions from organic solvents, such as acetone and similar substances, which modify its electrical properties, presenting a differentiated behavior according to the chemical nature of these substances, which could lead to their identification, designing an electrical nose, because each behavior is a fingerprint of the substance to detect. Then, this material can be used in the design of electrical sensors, which can be inexpensive, reliable, and chemically stable, representing an excellent alternative to ceramic sensors.

Composites of pure aluminum with carbon-coated silver nanoparticles (Ag-C NP) of 10 nm in size were prepared by the mechanical milling process. Transmission electron microscopy showed that the Ag-C NP are homogeneously dispersed into the Al matrix, silver nanoparticles do not coalesce, grow or dissolve in the aluminum matrix due the carbon shell. The values of yield strength (σy), maximum strength (σmax) and micro-hardness Vickers (HVN) of the composites were evaluated and reported as a function of Ag-C NP content. It has been found that the introduction of this type of particles in aluminum strengthen it, increasing all the previous parameters.

A method is introduced to assess the tensile strength of carbon nanofibers, carbon nanotubes (CNTs), and linear chains of carbon atoms (C-chains) obtained from thin amorphous carbon films by electron irradiation. Transmission electron microscopy images show that the nanofibers undergo a radiation-induced necking process, characterized by CNT formation and often followed by the formation of a C-chain. Simulations of the necking process are carried out to determine the tensile stress supported by the nanofiber and CNT neck.

We present results of measurements of fiber bend loss caused by soft and swellable materials with perturbation periods of 1–20 mm. We used swellable materials that have different moduli of Young. We show that the swell of soft materials causes the pure bend loss that increases when the period rises to 10 mm. We show that the higher the modulus of Young the higher the loss caused by swellable materials. These results may be used to choose suitable materials and construction for assembling a fiber optics sensor based in the bend loss.

Thin films of amorphous poly(ethylene terephthalate) were stretched under plane-strain tension at temperatures from 20°C to 100°C and at various elongation rates. It was observed that under such a deformation regime a neck is likely to form perpendicular to the tensile axis and to propagate steadily towards the gripped ends of the sample. The kinetics of the neck propagation was recorded carefully during the course of the tests by means of a photographic technique and the profile of the neck was analysed by quantitative microscopy during the propagation stage. It is shown that, under simple assumptions, the plastic constitutive equation of the material can be determined from this procedure in terms of the local effective stress versus the local effective strain and effective strain-rate at each of the temperatures investigated. It is demonstrated that the method employed is generally applicable to most ductile polymers.

Several potentially conducting polymers, optically nonlinear polymers, and biomaterials contain heterocyclic structures. Reduction of the energy band gap of a conjugated polymer is a topic of considerable interest due to the possible elimination of doping in the preparation of highly conductive polymers. Control of the energy gap value of a polymer by molecular design could modify its optical, electronic and optoelectronic properties. Thiadiazoles and their derivatives are the structural basis of some of these polymeric materials. The results of the calculation of the HOMO-LUMO gap, the dipole moment and polarizability of thiadiazole oligomers in vacuo and in the presence of solvents are reported. The calculations are based on density functional theory using a specially tailored model chemistry. The potential utility of these materials for the development of chemical sensors is discussed.

We present results of measurements of fiber bend loss caused by soft and swellable materials with perturbation periods of 1 mm to 20 mm. We used swellable materials that have different moduli of Young. We show that the swell of soft materials causes the pure bend loss that increases when the period rises. We show that the higher modulus of Young the higher the loss caused by swellable materials. These results may be used to choose suitable materials and construction for assembling a fiber optics sensor based in the bend loss.

This work describes the performance of a new optical distributed sensor. This new sensor is capable of detecting and locating liquid hydrocarbon leakage on long pipelines. It is an improvement over the current fiber bending distributed sensors that use a polymeric filament that interacts with an optical fiber by means of a helicoidal wire. When a liquid or gas compatible with the polymeric filament within this type of sensor comes in contact with it, the liquid is absorbed and causes the swelling of the filament and the concomitant compression of the optical fiber against the helicoidal wire. This phenomena cause the fiber to bend and generate an increase on the optical attenuation signal that travels through the fiber. The signal attenuation permits the detection of a specific liquid presence in the vicinity of the sensor and the reflection of the same signal allows to pinpoint the location of this event. The new sensor has the following advantages over similar devices: a) the swelling of the polymeric filament is conducted in a preferential direction permitting to concentrate the osmotic pressure towards the optical fiber. This improves significantly the response speed of the sensor. b) The fiber is placed within a capillary channel located eccentrically in the polymer filament; therefore, no additional protection is needed to prevent damage to the fiber. Of even greater importance, the signal attenuation provoked by stress and deformations due to direct contact of the fiber with the helicoidal wire is avoided. And finally, c) an optimal bending period that take in count the polymer nature to improve the sensor response was found and employed. An experimental prototype of this sensor was fabricated using a multimode optical fiber attached to a polybutadiene filament. The experimental results confirm the benefits of this new design.© (2002) COPYRIGHT SPIE--The International Society for Optical Engineering. Downloading of the abstract is permitted for personal use only.

The paper presents distributed fiber optic bending sensor for petroleum hydrocarbon detection based on COFDR technique. Sensitive polymer, which effectively swells under hydrocarbon influence, was employed in order to introduce bending losses in hydrocarbon presence. In this work we used lumped reflectors, namely fiber Bragg gratings, placed between distributed sensitive elements. Proposed design of the sensor utilises the principle of truly distributed detection with discrete localisation of perturbation. We have demonstrated that the COFDR technique with bending based chemical sensor is capable to detect hydrocarbon presence within a few minutes for 20-cm perturbation-length with spatial resolution up to 0.5 meters.

In this paper, we present a new fiber optic Bragg grating sensor for petroleum hydrocarbon leak detection. The developed sensor includes fiber section with imprinted in the fiber core Bragg grating covered by special polymer material. This polymer reversibly swells under hydrocarbon influence and strains the fiber section with the Bragg grating inside. As a result of the fiber elongation, the Bragg wavelength shifts to aside longer wavelength. Experimentally demonstrated shift of the grating resonant wavelength was more than 2 nm for 20-min gasoline influence, which significantly exceeds a shift due to possible environmental temperature variation and the width of the grating reflection spectrum, which was about 0.5 nm. The paper presents also the results of the swelling-behavior test of the loaded and unloaded sensitive polymer material under liquid and vapor gasoline influence and the results of the theoretical and experimental investigation of the hydrocarbon sensor performance.

Tras el desarrollo del láser de semiconductor y las fibras ópticas de baja perdida, se crea lo que hoy se le puede llamar la era de la comunicación y la información. Sin embargo, como toda tecnología puede tener varias aplicaciones, estos dos grandes desarrollos no son la excepción. Los sistemas de reflectometría óptica en el domino del tiempo sensible a la fase (ɸ-OTDR), son un tipo de sensor distribuido de fibra óptica, capaces de sensar temperatura, presión, tensión y vibraciones. El estudio y desarrollo de estos sistemas es de gran importancia debido a su amplia gama de aplicaciones tales como, el monitoreo de la integridad de estructuras, hasta la detección de fugas o daños en ductos, y la detección de intrusos en sistemas de seguridad perimetral. El presente trabajo se enfoca en la caracterización de la fibra óptica como elemento sensible y al desarrollo de una fuente de luz coherente especial para el sistema ɸ-OTDR. La primera parte habla de generalidades del sistema ɸ-OTDR, esquema de fibra óptica experimental y parámetros como potencia del láser, ancho de pulso, frecuencia de muestreo, ancho de línea y sus consecuencias. En la segunda parte, se observan las características de las fibras ópticas que las hacen mejor elemento sensible, se establece una dependencia experimental entre la potencia retrodispersada y el contenido de germanio en el núcleo de las fibras, para su optima selección. En la tercera parte, se propone un esquema de fibra óptica, para el encadenamiento de un láser DFB por auto-inyección atreves de un anillo resonador de fibra óptica, para la reducción de su ancho de línea, se observó una reducción de 1000 veces. Se estudian los regímenes de acoplamiento y su comportamiento de polarización. Por último, se emplea la fibra óptica con mejor comportamiento como elemento sensible y la fuente de luz coherente especial en un esquema de fibra óptica del sistema ɸ-OTDR, con una longitud de sensado de 10 kilómetros.

El análisis de vibraciones mecánicas es importante en varias áreas de la ingeniería e investigación, tales como la industria automotriz, aviación y construcción entre otras, contemplando también la seguridad perimetral. Esta necesidad de detección y discriminación es posible lograrse mediante un sensor distribuido de fibra óptica. El siguiente trabajo es un estudio de los cambios en la transmisión de luz, por una fibra óptica, al ser perturbada por vibraciones mecánicas de distintas frecuencias. Los cambios en la transmisión de luz fueron observados a través de un analizador de espectros óptico (OSA, Optical Spectrum Analyzer), observando la variación de potencia en función a la longitud de onda. Se propone y desarrolla un circuito óptico, que utiliza un interferómetro MachZehnder y el fenómeno de dispersión Brillouin, que permite la detección y discriminación de distintas frecuencias de vibración, así como un modelo matemático que describe el comportamiento de los cambios en la trasmisión de luz. El circuito óptico es una propuesta y establece las bases para el desarrollo a futuro de un sensor que detecte y discrimine vibraciones mecánicas.

Gracias al creciente desarrollo de tecnología utilizando fibra óptica, se ha presentado una notable tendencia por el estudio de la trasmisión de luz y los efectos ópticos no lineales, como las dispersiones elásticas e inelásticas. La temperatura repercute directamente en la generación de los diferentes tipos de dispersiones. Por lo que es de suma importancia poder evaluar dicha influencia, de manera exacta. En esta tesis se propone un circuito óptico (TRCP) utilizando fibra óptica monomodal, un láser de bombeo continuo Fabry- Perot y uno pulsado. Se muestra que con tal configuración experimental, es posible detectar cambios de temperatura en retrodispersión con un analizador de espectros ópticos. Partiendo de la consideración de los efectos no lineales que tienen lugar en la fibra. Se aporta una explicación teórica de los procesos que conducen a la generación del circuito óptico TRCP como sensor térmico, así como un modelo matemático que describe los resultados obtenidos durante la experimentación. El desarrollo del circuito óptico TRCP resulta de gran interés para su aplicación como sensor distribuido, y se ha propuesto como trabajo a futuro. Q. Daniela Yenthile Rodríguez Hernández Maestría en Ciencia de Materiales Tesis | Influencia de la temperatura en la dispersión de luz en fibra óptica v Introducción El estudio de las no linealidades en las fibras ópticas son un campo de investigación inagotable en la ciencia y tecnología, sobre todo, porque se han encontrado múltiples aplicaciones. Dentro de los efectos no lineales en la trasmisión de luz, se encuentran las dispersiones elásticas e inelásticas, dichas dispersiones, se ven afectadas por perturbaciones del medio. El hecho de que las dispersiones presenten una respuesta sensible a estímulos externos, como cambios de presión, tensión, temperatura, ha permitido en los últimos años, un creciente desarrollo de en el diseño de sensores distribuidos (Y.D. Gong., 2007). El presente trabajo se enfocará en los sensores térmicos, ya que ofrecen una gran ventaja al permitir localizar en tiempo real, cambios de temperatura. En la actualidad existe una amplia gama de sensores puntuales, sin embargo, los sensores distribuidos es tecnología en pleno desarrollo. Q. Daniela Yenthile Rodríguez Hernández Maestría en Ciencia de Materiales Tesis | Influencia de la temperatura en la dispersión de luz en fibra óptica vi Países como, Canadá, Australia, Alemania, Suiza, Inglaterra, se han enfocado en el avance tecnológico de sensores distribuidos de fibra óptica, y a pesar de que ya comercializan su tecnología, sigue siendo a un costo elevado. Es por ello, que esta tesis se basa en el estudio de la influencia de la temperatura en la dispersión de luz a través de una fibra óptica

El trabajo de investigación que se describe en la presente memoria pretende racionalizar las propiedades estructurales y electrónicas de hibridos de fullereno oligofenilenovinileno mediante la utilización de cálculos químico-cuánticos. . Los cálculos teóricos se han realizado utilizando, principalmente, la teoría del funcional de la densidad (DFT), tanto para la determinación de las propiedades estructurales como para obtener los espectros electrónicos; en este último caso, en su versión dependiente del tiempo (TDDFT). Los sistemas estudiados en el presente trabajo son las moléculas 3PV, 4PV, FP, C603PV y C604PV, las cuales fueron utilizadas como sistemas de referencia en la validación del método empleado. Además se estudiaron las propiedades electrónicas de cadenas oligoméricas de p-fenilenovinileno para determinar como el incremento de unidades espectroscópicas afectaba el carácter de las mismas y a partir de estos resultados efectuar cambios estructurales en los híbridos de fullereno oligofenilenovinileno para mejorar la transferencia electrónica en el sistema donador-aceptor. Por último se analizó el cambio del fullereno por un nanotubo. En general, se pretende analizar el efecto que las distintas modificaciones de la estructura química tienen sobre la capacidad donadora y aceptora de electrones de los sistemas bajo estudio para elegir el mejor sistema donador/aceptor y aplicarlo en dispositivos fotovoltaicos

La investigación que se presenta trata sobre los cerámicos con fase Aurivillius. Estos materiales son los candidatos más adecuados para ser los sucesores tecnológicos de las fases perovskitas. Debido a que este proceso está aún en transición, la investigación básica está sobre ellos está completamente abierta: propiedades, síntesis, determinaciones estructurales y recientemente, estabilidad estructural. Estas cuatro líneas se encuentran en mayor o menor grado en esta investigación. La primera parte presenta una revisión sobre los conocimientos actuales que sobre estas fases se tienen. Se hace énfasis en las propiedades de las fases perovskitas y su extrapolación a las fases Aurivillius. La parte central de esta investigación tiene que ver con la síntesis de estos cerámicos por un método que inexplicablemente ha sido poco citado en la literatura. La síntesis por fusión de sales ha sido empleada en esta investigación para obtener los cinco primeros miembros de la serie Bin+1Ti3Fen-3O3n+3 (n = 3, 4, 5, 6 y 7). Los resultados de las determinaciones morfológicas y estructurales indican que los tres primeros miembros fueron sintetizados con éxito. Se ha determinado una serie de condiciones óptimas para su obtención cuando este método de síntesis es empleado. Con él se han obtenido partículas cerámicas con un alto grado de pureza, control de morfología y de tamaño. Sobre esto último, las partículas obtenidas, altamente anisotrópicas, van desde tamaños nanométricos hasta cristales de varias micras de dimensiones laterales, dependiendo de las condiciones de síntesis. La pureza y cristalinidad de las fases ha justificado el realizar determinaciones estructurales por medio de radiación de rayos X de alta energía. Así mismo, los resultados experimentales muestran que los dos miembros superiores son inestables, o en otras palabras no sintetizables. La búsqueda de una explicación desligada de la experimentación en el laboratorio para entender la síntesis de estas fases, ha permitido desarrollar un modelo inédito para explicar la estabilidad estructural de fases Aurivillius específicas. Su aplicación ha llevado a explicar ciertos experimentos clásicos expuestos en la literatura, que ya han sido objeto de interpretaciones diversas. El mismo modelo aplicado a la serie bajo estudio, ha permitido explicar el por qué de la síntesis exitosa de los tres primeros miembros y la falta de resultados en la síntesis para los dos últimos miembros, así como aspectos estructurales de uno de los miembros. Se presentan también resultados experimentales preliminares en el campo de las propiedades multiferroicas de las fases Aurivillius y que interesan al grupo de investigación en el que se inserta este estudio. Las mediciones del parámetro magnetoeléctrico de uno de los materiales indican, tal y como se esperaba de acuerdo a consideraciones teóricas expuestas en la literatura, que el efecto magnetoeléctrico débilmente a bajas temperaturas

En esta investigación se presenta un modelo matemático que describe el comportamiento reológico de la cámara de mezclado del Plasticorder Brabender o reómetro de par de torsión, instrumento que es utilizado tradicionalmente para la comparación de las propiedades reológicas de materiales termoplásticos o elastómeros, ya sea con fibras o sin ellas. Debido a la geometría de los álabes mezcladores, el movimiento del material dentro de la cámara es complejo, por lo que no existe una relación directa entre la velocidad de los álabes y los parámetros reológicos. En esta investigación se describen y analizan diversos modelos reportados en la literatura que tratan de relacionar estas variables. En el modelo que se desarrolla aquí, se utilizan los fundamentos teóricos de los modelos anteriores para lograr una comprensión más fundamental de la reología que rige la cámara de mezclado. Los resultados indican que el modelo aquí desarrollado expresa con mayor exactitud la relación entre parámetros reológicos y lecturas del instrumento