Ingeniería y Ciencia de los Materiales

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Biopolymer composites as triboelectric layers for the development of triboelectric nanogenerator (TENG)
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-29) Delgado De Lucio, Virgilio Brian; Torres García, Fernando Gilberto
The escalating global energy demand, propelled by rapid industrial expansion, has underscored the imperative of transitioning to cleaner and more sustainable energy sources to combat pollution and mitigate the adverse effects of global warming. Triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as a promising technology capable of harnessing ambient mechanical energy and converting it into electrical power. This research initiative seeks to advance the field by focusing on the development of composite materials derived from a synergy of biopolymers extracted from natural sources, particularly potatoes, and inorganic fillers. The comprehensive objectives of this study encompass the extraction of biopolymers from natural resources, the meticulous characterization of composite materials to ascertain their mechanical, physicochemical, and morphological properties, the fabrication of TENGs employing these composite materials, and an exhaustive evaluation of the TENGs' performance metrics. Remarkably, the composite materials exhibit outstanding dielectric properties, characterized by exceptional dielectric permittivity (ε) values. At a fundamental level, these materials showcase impressive dielectric constant (ε') values, with specific examples reaching into the millions at a frequency of 1 Hz. Furthermore, the dielectric loss (ε'') values, representing the imaginary component of permittivity, also exhibit notable characteristics. For instance, certain composite materials demonstrate ε'' values that mirror the remarkable ε' values, signifying their potential to excel in energy storage applications. What sets this research apart is not only the development of materials with exceptional dielectric properties but also the exploration of their practical application in triboelectric nanogenerators. The TENGs fashioned from these composite materials consistently exhibit remarkable voltage outputs, further underscoring their potential for various energy harvesting applications.
Caracterización de nanomateriales compuestos con matriz de carragenina reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono y nanopartículas de origen biológico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-18) Ortecho Luna, David Amador; Torres García, Fernando Gilberto
La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos.
Desarrollo de bioplásticos a partir del cactus Echinopsis pachanoi y de algas del litoral peruano
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-20) Vicente Meléndez, Erika Fabiola; Torres Garcia, Fernando Gilberto
Actualmente, existe interés en la caracterización de biopolímeros naturales y su uso en el desarrollo de bioplásticos con el fin de sustituir los plásticos derivados del petróleo que son de difícil descomposición o que impactan negativamente el medio ambiente. Este trabajo se centra en la caracterización del mucílago del cactus Echinopsis pachanoi (E. pachanoi) y el desarrollo de bioplásticos a partir del mucílago del E. pachanoi y algas del litoral peruano como son Ulva nematoidea y Chondracanthus chamissoi. Se desarrolló un proceso efectivo para la obtención del polvo de mucílago de E. pachanoi. Los ensayos FTIR, DSC y TGA permitieron estudiar las características iniciales de dicho biopolímero. Asimismo, los estudios reológicos del gel de E. pachanoi dieron como resultado un comportamiento predominantemente elástico y un comportamiento de deformación reversible. Se fabricaron films basados en mezclas de mucilago de E. pachanoi, ulva y carragenina. Los principales resultados indicaron que el mucílago promueve, dependiendo del tipo de mezcla, la modificación de las propiedades térmicas y mecánicas de los films. En el caso del film de mucílago con carragenina, se obtiene un material más flexible y de menor resistencia; por el contrario, cuando se mezcla con ulvan se obtiene un material más rígido y resistente. Los resultados del presente trabajo indican que biopolímeros como el mucílago de E. pachanoi, ulvan y carragenina, que son materiales abundantes, renovables, biodegradables y no tóxicos para el ser humano, pueden ser utilizados para fabricar bioplásticos y, en el futuro, cubrir demandas de coberturas comestibles y otros.