CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ...óptimo de las nanopartículas de plata, sin embargo, en la...

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIERÍA (ICAI)

Grado en Ingeniería ElectroMecánica

Especialidad en Mecánica

Director: Joaquín Darío Tutor

Sánchez

Autor: Pablo Bullido Alonso

Madrid

CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE

CONDENSADORES FLEXIBLES EN BASE A

NANOPARTÍCULAS METÁLICAS

Construcción y caracterización de

condensadores flexibles en base a

nanopartículas metálicas

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIERÍA (ICAI)

Grado en Ingeniería ElectroMecánica

Especialidad en Mecánica

Director: Joaquín Darío Tutor

Sánchez

Autor: Pablo Bullido Alonso

Madrid

CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE

CONDENSADORES FLEXIBLES EN BASE A

NANOPARTÍCULAS METÁLICAS

CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CONDENSADORES

FLEXIBLES EN BASE A NANOPARTÍCULAS METÁLICAS

Autor: Bullido Alonso Pablo

Director: Joaquín Darío Tutor Sánchez

Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas

Resumen de proyecto

Objetivo del proyecto

El objetivo de este proyecto de fin de grado, es la fabricación y caracterización de

condensadores flexibles en base a nanopartículas metálicas. Para ello deben fabricarse

muestras de conductores flexibles ya que serán las utilizadas como electrodos. Estos

conductores flexibles son materiales compuestos de un material base poroso con

nanopartículas metálicas adheridas a sus fibras, que mejoran las propiedades de

conductividad térmica y eléctrica manteniendo su flexibilidad.

Síntesis de las dispersiones coloidales de nanopartículas

Para comenzar el proyecto es necesaria la síntesis de las dispersiones coloidales de

nanopartículas. En este proyecto, se sintetizarán nanopartículas y nanocables de plata en

dispersión en medios líquidos. Para caracterizar las nanopartículas presentes en las

dispersiones coloidales se realiza un ensayo en el espectrofotómetro mediante el que se

obtiene el espectro de absorción de las tintas frente a la longitud de onda. Debido al efecto

plasmónico de superficie, las nanopartículas presentes provocan que cada uno de los

espectros tenga un pico de absorción que es característico de cada tipo de nanopartículas y

que está relacionado con su tamaño. Los resultados de este ensayo revelaron un tamaño

óptimo de las nanopartículas de plata, sin embargo, en la dispersión coloidal de nanocables

el pico de absorción se encontraba fuera del rango del equipo, por encima de una longitud

de onda de 900 nanómetros, lo que indica un tamaño excesivo de los nanocables. Este

tamaño excesivo provoca un descenso de las propiedades de los nanocables en cuanto a

conductividad eléctrica y térmica.

Elección de los materiales base

El siguiente paso del proyecto consiste en las selección de los materiales base,

aquellos materiales que se van a cargar de nanopartículas. En el estado del arte del proyecto

se repasan artículos publicados en los que el papel policeluloso es un medio muy utilizado

para la construcción de conductores flexibles. Por ese motivo, se seleccionan tres tipos

distintos de papel policeluloso: dos tipos de papel para la pintura al agua (papel I y papel

II), y un papel policeluloso con 50% de algodón. Además de estos materiales, se

seleccionan también dos tipos de textiles, uno de sagra y otro de lana animal, y espuma

EVA (etilen-vinil acetato), que es una espuma porosa utilizada para manualidades. De estos

candidatos iniciales se descartan los dos papeles de pintura al agua, ya que las

nanopartículas únicamente se adhieren a estos en una de las caras, y la espuma EVA, que

se deteriora debido a las temperaturas alcanzadas en el proceso de fabricación.

Fabricación y caracterización de los conductores flexibles

La fabricación de los conductores flexibles se lleva a cabo mediante un proceso de

inmersión de las muestras de los materiales base en las dispersiones coloidales de

nanopartículas. Para cada muestra se realizan diez inmersiones en la dispersión. El la

temperatura del proceso de secado depende de la dispersión en la que se haya realizado la

inmersión (100ºC para las nanopartículas y 150ºC para los nanocables), y se realiza al vacío

para aumentar la adhesión de nanopartículas a las fibras del material.

Una vez fabricadas las muestras de conductores flexibles, tiene lugar la

caracterización de sus propiedades. Esta caracterización consiste en la medida de sus

propiedades de conductividad eléctrica, térmica, masa final en comparación con la inicial,

y en una caracterización óptica de las muestras en el microscopio.

Los ensayos de conductividad eléctrica han concluido que el conductor flexible

fabricado más apropiado para la construcción del condensador es el material compuesto

por textil de sarga cargado con nanocables de plata. La conductividad media de este

material ha resultado 136 S/m, un valor que está aún por debajo de la conductividad

eléctrica en conductores habituales.

En cuanto a los ensayos de conductividad térmica, los valores generales obtenidos

son menores que la conductividad de oros materiales conductores del calor. A pesar de

esto, el incremento de conductividad de los conductores flexibles respecto al de los

materiales base es muy apreciable.

La evolución de la masa de las muestras y la caracterización óptica han respaldado

los resultados obtenidos en los ensayos de conductividad térmica y eléctrica. Los materiales

que han tenido mejores resultados en estos ensayos son aquellos en los que se puede

apreciar cualitativamente una mayor carga de nanopartículas.

Fabricación y caracterización del condensador flexible

Una vez llevada a cabo la caracterización de propiedades de los materiales flexibles,

la siguiente tarea en el proyecto es la fabricación del condensador. La configuración elegida

para éste es la de condensador plano de placas paralelas. La caracterización del

condensador se lleva a cabo en un medidor de impedancias analizando su estabilidad en

frecuencia, obteniéndose un modelo de condensador con una resistencia en serie para

aproximar más a la realidad que con un condensador ideal. El condensador fabricado con

conductores flexibles ha resultado muy estable en frecuencia, llegando incluso a

incrementarse su capacidad con ésta, si bien los valores de capacidad son bajos (valores en

orden de pF). Este ensayo de estabilidad en frecuencia se ha llevado a cabo también para

un condensador electrolítico comercial, con el objetivo de obtener valores para la

comparación. En este caso el condensador ha demostrado tener un rango de frecuencias de

operación mucho más reducido que el condensador flexible.

Conclusiones

Por tanto, del proyecto realizado se obtiene la conclusión de que el condensador

final tiene propiedades muy interesantes, como su flexibilidad, su masa reducida y su

estabilidad en frecuencia. A pesar de esto, conviene profundizar en la investigación de la

síntesis de las nanopartículas en dispersión en medios líquidos, y en el método de

fabricación de conductores flexibles, con el objetivo de mejorar la capacidad final del

condensador flexible, a la vez de mantener los resultados de estabilidad obtenidos en este

proyecto.

MANUFACTURE AND CHARACTERIZATION OF FLEXIBLE CAPACITORS

BASED IN METALLIC NANOPARTICLES

Author: Bullido Alonso Pablo

Director: Joaquín Darío Tutor Sánchez

Collaborating entity: ICAI – Universidad Pontificia Comillas

Abstract

Objective of the project

The objective of this project is the manufacture and characterization of flexible

capacitors based on metallic nanoparticles. In order to do so, samples of flexible conductors

must be manufactured to use them as electrodes. These flexible conductors are flexible

nanocomposites made of metallic nanoparticles adhered to fibers, that improve their thermal

and electrical conductivity, maintaining the flexibility of a matrix of porous material.

Synthesis of colloidal dispersions of nanoparticles

For the first step of this project, colloidal dispersions of nanoparticles must be

synthetized. On this project, silver nanoparticles (Ag NPs) and nanowires (Ag NWs) will be

synthetized on a liquid solution. To characterize nanoparticles present in the colloidal

dispersions, we will use a spectrophotometer to obtain the absorption specter of such inks with

the wavelength. Due to the surface plasmonic effect, the nanoparticles cause each of the specter

to have a spike in absorption dependent on the kind of nanoparticle, and related to its size. The

results revealed an optimal Ag NPs size, yet, the spike in absorption of our colloidal dispersion

of nanowires was out of range of the measuring equipment, with a wavelength greater than 900

nanometers, which indicates an excessive size of the Ag NWs. This size causes a decrease of

the properties of the nanowires regarding electrical and thermal conductivity.

Selection of matrix materials

For the next step, we selected the matrix materials, those that would later be

impregnated with nanoparticles. The state of the art of this proyect reviews some publications

which show the policellulose paper is a very common matrix material for flexible conductor

manufacturing. Thus, three kinds of policellulose paper were selected: two kinds for water-

based painting (papers I and II) and a policellulose paper which was 50% cotton. In addition

to these materials, we selected two fabrics (serge and wool), and EVA (ethylene-vinyl acetate)

foam. Several of these initial candidates were discarded for various reasons: both policellulose

papers for water based painting because the nanoparticles only adhered to one side of the paper,

and the EVA foam failed to endure temperatures reached on the manufacture process.

Manufacture and characterization of the flexible conductors

The manufacture of the flexible conductors is made by a process of dipping of the

samples of matrix materials in the colloidal dispersions of nanoparticles. Each sample is dipped

in the metallic ink 10 time. After each dip, the samples are dried in a vacuum oven, at a

temperature which depend on the kind of metallic ink (100º C for the NPs and 150º for the

NWs). The reason for the drying process to be at vacuum pressure is to increase the adherence

of the nanoparticles to the material fibers.

Once the samples of flexible conductors have been manufactured, the next step is to

characterize its properties. The characterization consist in the measurement of their thermal

and electrical conductivity, the comparison between the original and the final mass of the

samples, and an optical characterization made with the microscope.

The electric conductivity test has determined that the sample of flexible conductor most

appropriate for the manufacture of the capacitor is the nanocomposite made of serge fabric and

Ag NWs. The mean conductivity of this material has result 136 S/m, yet this value is still far

from the conductivity of more extended materials used as conductors.

Regarding the thermal conductivity test, the general values that have resulted are

smaller than the values of conductivity of extended thermal conductors. Nevertheless, the

increment of conductivity of the flexible conductors compared to the matrix materials is very

noticeable.

The development of the mass of the samples and the optic characterization have

supported the results obtained in the electric and thermal conductivity tests. Those materials

that have obtained better results in those tests, are those in which a larger amount of

nanoparticles can be noticed.

Manufacture and characterization of the flexible capacitor

Once the manufacture and characterization of the flexible conductors have been

fulfilled, the following step of the project is the manufacture of the capacitor. The geometrical

configuration of the capacitor that has been selected is the parallel plate capacitor. The

characterization of the capacitor is performed by an impedance measurement device, which

analyzes its frequency stability, by obtaining an equivalent model of a resistance in series with

a capacitor, which enable us to characterize the capacitor under realistic conditions. The

flexible capacitor of Ag NWs has resulted to be very stable in frequency, even increasing its

capacity with this magnitude, while it is true that the values of capacity are still low (values in

pF). This frequency stability test has also been performed in a commercial electrolytic

capacitor, in order to obtain values to compare the two capacitors. The electrolytic capacitor

has proved to have a narrower range of frequencies in which it can operate than the NWs

capacitor.

Conclusions

In conclusion, the results obtained in this project have determined that the final

capacitor has very interesting properties, such as its flexibility, reduced mass and its frequency

stability. Despite this, it is convenient to deepen in the investigation of the synthesis of

nanoparticles in liquid dispersions, and in the manufacturing method for the flexible

conductors, in order to improve the final capacity of the flexible capacitor, while maintaining

the results obtained in this project regarding its frequency stability

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Tabla de contenido

I.- Fundamentación ....................................................................................................................................... 8

1.1 Estado del arte ................................................................................................................................... 10

1.1.1.- Nanopartículas utilizadas en la construcción de conductores flexibles ................................... 11

1.1.2 Tintas conductoras ..................................................................................................................... 20

1.1.3 Conductores flexibles ................................................................................................................. 23

1.2 Objetivos del proyecto ...................................................................................................................... 28

1.3 Tareas propuestas .............................................................................................................................. 30

1.4 Organización del proyecto ................................................................................................................ 32

II.- Desarrollo del proyecto ......................................................................................................................... 34

2.1 Fabricación de los conductores flexibles .......................................................................................... 36

2.1.1 Tintas conductoras ..................................................................................................................... 36

2.1.2 Materiales base ........................................................................................................................... 42

2.1.3 Fabricación de los conductores flexibles ................................................................................... 45

2.1.4 Caracterización de los conductores flexibles ............................................................................. 48

2.1.5 Discusión de los resultados ........................................................................................................ 60

2.2 Fabricación de los condensadores ..................................................................................................... 66

2.2.1 Características básicas de los condensadores ........................................................................... 67

2.2.1 Construcción del condensador ................................................................................................... 69

2.2.2 Caracterización del condensador ............................................................................................... 72

2.2.3 Discusión de resultados .............................................................................................................. 82

III.- Estudio Económico .......................................................................................................................... 84

3.1 Definición del proceso de fabricación .............................................................................................. 84

3.2 Coste de material .............................................................................................................................. 85

3.3 Coste de proceso .............................................................................................................................. 87

3.4 Presupuesto total .............................................................................................................................. 89

IV.- Conclusiones ....................................................................................................................................... 90

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V.- Recomendaciones ................................................................................................................................. 92

Bibliografía ................................................................................................................................................. 94

Anexo A: Espectros de absorción de las soluciones coloidales .................................................................. 98

Nanopartículas de plata ........................................................................................................................... 98

Nanocables de plata .............................................................................................................................. 100

Anexo B: Ensayo de conductividad térmica ............................................................................................. 106

Anexo C: Ensayo de conductividad eléctrica ........................................................................................... 108

Anexo D: Caracterización del condensador .............................................................................................. 110

Condensador flexible de nanocables de plata ....................................................................................... 110

Condensador electrolítico comercial ..................................................................................................... 114

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I.- Fundamentación

Las nanopartículas metálicas se usan en la actualidad en una gran variedad de aplicaciones

tecnológicas y en muchos productos de consumo. Sus propiedades ópticas, conductoras, tanto

eléctricas como térmicas, así como su esterilidad antibacteriana han hecho de ellas una decisión

común para muchas aplicaciones. Algunos ejemplos son: las dispersiones de nanopartículas en

base acuosa, que se traduce en tintas conductoras, el uso de las nanopartículas de plata como

sensores biológicos para el diagnóstico de muchas enfermedades, o refuerzos para materiales

compuestos, que mejoran sus propiedades de conductividad térmica y eléctrica.

La motivación existente para realizar en este proyecto consiste precisamente en usar las

nanopartículas como refuerzo de una matriz para obtener una mejora de su conductividad y, a su

vez, mantener las propiedades mecánicas de esta. Una vez cargado el material base de

nanopartículas se usara como electrodo en la construcción de un condensador flexible, un elemento

básico en la fabricación de baterías y en muchos dispositivos electrónicos con propiedades

novedosas para mejorar su funcionamiento.

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10




1.1 Estado del arte

En la investigación actual sobre los materiales y sus propiedades cobran especial

importancia la nanotecnología y los procesos de síntesis de nanopartículas. La fabricación

de materiales compuestos basados en matrices con nanopartículas en dispersión permite la

obtención de propiedades específicas para diseños concretos de uso. De esta forma,

introduciendo nanopartículas conductoras en una matriz dieléctrica se pueden obtener un

material compuesto con propiedades mecánicas similares a las de la matriz, como la

flexibilidad, y con capacidad mejorada de conducción tanto eléctrica como térmicamente.

La relación de este campo de investigación con este proyecto reside en el objetivo de

construir conductores flexibles que sirvan como electrodos en la fabricación de un

condensador.

Este campo deja por tanto abierta la posibilidad de dos grandes áreas para la

investigación tecnológica: por un lado la síntesis de nanopartículas y la caracterización de

sus propiedades, y por otro la investigación sobre los materiales base en los que se van a

introducir.

Desde el punto de vista más ingenieril las propiedades que se buscan en este

proyecto son aquellas que permitan un diseño lo más óptimo posible para un condensador,

que es el objetivo principal del proyecto. Por ese motivo, se eligen como matriz aquellos

materiales que tengan una masa recudida y alta flexibilidad, así como la porosidad

suficiente como para poder absorber una gran cantidad de nanopartículas. Paralelamente,

se deben investigar varios tipos de nanopartículas para conseguir alta conducción eléctrica

y térmica, con el objetivo de minimizar las perdidas en el condensador, pero a su vez sin

afectar negativamente a las propiedades mecánicas de la matriz.

La fabricación de los electrodos del condensador se pretende realizar mediante la

inmersión de los materiales en una dispersión liquida de nanopartículas, nombrada en

anteriores investigaciones (1), (2) como tinta conductora.

Por estos motivos, el estado del arte trata sobre varios campos de investigación. Las

propiedades y los métodos de obtención de las nanopartículas, los estudios realizados sobre

las dispersiones de nanopartículas o tintas conductoras, y por último el uso de estas para la

construcción de dispositivos almacenadores de energía mediante el proceso de mojado de

papeles, es decir, para la construcción de condensadores flexibles.

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1.1.1.- Nanopartículas utilizadas en la construcción de conductores flexibles

En el campo de investigación de los materiales compuestos que se utilizan

para la fabricación de conductores flexibles es común el uso de las nanopartículas

de carbono (1) (nanotubos y grafeno) y las nanopartículas de plata (nanopartículas

y nanocables). Por este motivo, está justificado realizar un resumen sobre las

propiedades de estas nanopartículas, ya que se trata precisamente de estas

propiedades las que se pretenden obtener en el conductor flexible, así como de los

métodos más actuales para su obtención.

Por lo tanto, en este apartado se analizarán diversas tecnologías actuales

para la síntesis y la caracterización de nanopartículas de uso más común en la

fabricación de los conductores flexibles.

1.1.1.1.-Nanotubos de carbono (CNT)

La investigación de los nanotubos de carbono es muy extensa, ya que

las propiedades mecánicas, químicas y eléctricas de este tipo de nano

partícula lo han convertido en sujeto de muchos estudios. Se pueden

distinguir dos tipos de CNTs, (3) los de pared simple (Ilustración 1) single-

wall carbon nanotube (SWCNT) y los de pared multiple (Ilustración 2),

multi-wall carbon nanotube (MWCNT).

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Ilustración 1: Nanotubo de carbono de pared simple (4)

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Ilustración 2: Nanotubo de carbono de pare múltiple (5)

Formalmente se distinguen porque los SWCNTs (Ilustración 1) su forma

asemeja a la de una lámina de grafeno curvada y cerrada, mientras que los de pared

múltiple (Ilustración 2) contienen varias unidades de pared simple de forma

concéntrica.

Los CNTs se fabrican de forma habitual formando agregaciones de diferente

diámetro, de manera que presentan diferencias entre sí en sus dimensiones (longitud

y diámetro). Es también común que los CNTs presenten defectos tanto en los

extremos como en la pared lateral.

En cuanto a dispersión, no suelen ser dispersables en disolventes orgánicos

habituales, aunque en la técnica se han conseguido dispersiones en medios polares

como N,N-dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidina y hexametilfosforamida

(HMPA).

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Para la sintetización de nanotubos de carbono existen en la actualidad

diversas tecnologías. Ejemplos de estas metodologías son: la descarga por arco

eléctrico en ausencia o presencia de metal, la pirolisis de hidrocarburos sobre un

catalizador, vaporización por láser de materiales compuestos grafito-metal,

electrolisis de sales metálicas con electrodo de grafito.

En la síntesis de CNT así como en el resto de nanopartículas es primordial

la reducción de costes, debido a que suelen tener altas perspectivas de su uso

potencial. También es importante su capacidad de dispersión en agua debido a sus

aplicaciones en el campo de la medicina.

Con el fin de cumplir estas expectativas, en un estudio llevado a cabo por

departamento de química del Indian Institute of Technology (6), se ha diseñado un

método sencillo en la actualidad basado en la combustión de aceites vegetales para

la obtención de CNTs que pueden ser dispersados en agua. Por la combustión se

obtiene un hollín de carbono conocido como “kaajal” cuya síntesis es conocida

desde la antigüedad y se menciona incluso en textos épicos de la literatura hindú

como Ramayana o Mahabharata. Tras someter al “kaajal” a un tratamiento de

oxidación se consiguió la síntesis de CNT en dispersión en agua.

1.1.1.2 Grafeno

En el estudio de los nuevos materiales, el grafeno ha sido probablemente el

principal objeto de investigación de la comunidad científica. Esto se debe a que sus

propiedades le otorgan un gran potencial para futuras aplicaciones tecnológicas,

pero, principalmente, por su estructura.

El grafeno (3) es el primer material de estructura bidimensional de un átomo

de espesor (Ilustración 3). Lo que contradice la investigación de Landau y Peierls

en la que argumentaban que los cristales bidimensionales eran termodinámicamente

inestables, aunque estas investigaciones se trataba de modelos puramente teóricos

por la imposibilidad de que un material sea estrictamente bidimensional. Esto se

debe a que una contribución divergente de fluctuaciones térmicas en estructuras

cristalinas de baja dimensión conduciría a unos desplazamientos atómicos

comparables a las distancias interatómicas a cualquier temperatura finita. Por este

15




motivo, se creía que los materiales 2D solo podían existir como una parte de las

estructuras tridimensionales.

Este ha sido en gran factor que ha convertido al grafeno en un material tan

estudiado, ya que los cristales bidimensionales se han probado no solo posibles sino

existentes.

Ilustración 3: Grafeno (5)

Precisamente por la gran innovación científica que ha supuesto el

descubrimiento de este material la comunidad científica trabaja en la actualidad en

métodos de sintetización del grafeno. A pesar de que se dispone de varios métodos

para la obtención de grafeno, existen dificultades en la obtención de muestras

homogéneas, ya que estos métodos son difíciles de controlar. Sin embargo, existe

un método de obtención de grafeno (3) mediante la apertura controlada de

nanotubos de pared múltiple (Ilustración 4) que ha sido descrito por dos grupos de

investigación distintos. Con este método es posible la obtención de nanocintas de

grafeno.

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Ilustración 4: Nanocinta de carbono obtenida a partir de CNTs (3)

En una de las descripciones del método llevada a cabo por el grupo de

investigación americano Tour (3)., una suspensión de MWCNTs en ácido sulfúrico

es sometida a un tratamiento oxidante con permanganato de potasio KMnO4. En

grafeno en forma de nanocintas es soluble en agua y en otros disolventes polares.

El mecanismo propuesto para la apertura de los nanotubos se realiza a modo de

cremallera. Comienza con la formación de un éster de manganato por adición a un

doble enlace de la pared del nanotubo. La posterior oxidación estaría facilitada por

el medio deshidratante que llevaría a la formación de un defecto de dicetona con

dobles enlaces adyacentes, más reactivos, que dirigirían el siguiente ataque,

favorecido por aspectos de tipo estérico. El proceso continuaría hasta la apertura

total del nanotubo, generando así la nanocinta de grafeno.

En los nanotubos de pared sencilla la realización de este proceso ha

resultado ser más complicada.

Un método muy actual de obtención de grafeno es el crecimiento epitaxial

de grafeno sobre diferentes sustratos metálicos (Ilustración 5) cuya estructura

geométrica y electrónica puede ser estudiada mediante microscopia de efecto túnel

(STM) (3).

De hecho, en la actualidad la investigación de la adsorción de moléculas

orgánicas sobre superficies cristalinas bien definidas en condiciones de ultra-alto

vacío es un campo creciente en importancia. Las moléculas orgánicas depositadas

sobre superficies metálicas a menudo modifican sus características geométricas y

electrónicas debido a las interacciones con el sustrato y viceversa.

17




Ilustración 5: deposición de materia orgánica sobre grafeno (3)

1.1.1.3 Nanopartículas de Plata

La investigación sobre las nanopartículas de plata (Ilustración 6) se ha

convertido en un foco para la nanotecnología debido a sus propiedades ópticas,

eléctricas y térmicas. Estas propiedades han hecho que las nanopartículas de plata

se hayan incorporado a campos de la técnica como la producción de energía

fotovoltaica o el campo de la ingeniería biomédica, en el que se utilizan como

sensores biológicos y químicos.

Algunos ejemplos de las aplicaciones de las nanopartículas de plata son las

tintas conductoras pastas o rellenos en las que las propiedades de alta conductividad

eléctrica, estabilidad o bajas temperaturas de sintetización tienen una gran

importancia. Se utilizan también para llevar a cabo diagnósticos moleculares o

dispositivos fotónicos, debido a sus propiedades ópticas. Otra aplicación cuya

importancia está aumentando es la protección contra microbios, que se utiliza en

textiles, teclados o algunos tipos de vendajes o dispositivos biomédicos que

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contienen nanopartículas de plata. Esto es debido a continua liberación de iones de

plata que proporciona protección antibacteriana.

Con el objetivo de optimizar el rendimiento de las AgNP en sus distintas

aplicaciones, es vital alcanzar un entendimiento sobre su forma, estado de

agregación tamaño y superficie.

Las propiedades ópticas de las nanopartículas de plata hacen de estas un

tipo de nanopartícula muy eficiente en la absorción y dispersión de la luz. Además,

a diferencia de tintes o pigmentos, su color depende del tamaño y forma de las

nanopartículas (7). La conducción de electrones en la superficie del metal

experimenta una oscilación colectiva cuando es excitada por la luz con

determinadas longitudes de onda, lo que ocasiona una fuerte interacción entre las

AgNP y la luz. Este efecto se conoce como resonancia de plasmon de superficie,

surface plasmon resonance (SPR), y resulta en unas propiedades únicas de

absorción y dispersión de la luz.

Por ser una tecnología tan demandada existen muchos métodos distintos

para la obtención de AgNPs, sin embargo en este proyecto centraremos la atención

en un método cuyas bajas temperaturas de sintetización lo convierten en óptimo

para el estudio.

Las nanopartículas de plata pueden ser obtenidas mediante la reducción de

iones de plata mediante etanol a unas temperaturas desde 80 a 100ºC en condiciones

atmosféricas (8).

Ilustración 6: Nanopartículas de plata (7)

19




1.1.1.4 Nanocables de Plata

Los nanocables (Ilustración 7) son un tipo de nanopartícula de plata

cuyas propiedades hacen que sean adecuados para diversas aplicaciones de

actualidad. Se distinguen morfológicamente porque su forma asemeja a la

de un cilindro, mientras que las nanopartículas de plata tienen forma esférica

. Algunas de estas aplicaciones son recubrimientos conductores, antenas

plasmónicas, sensores moleculares o componente de nanocomposites.

Las investigaciones más recientes para los nanocables de plata es la

sustitución de los materiales como el óxido de indio y el estaño en la

fabricación de las pantallas táctiles.

Los nanocables de plata integrados en un polímero flexible (9) se

plantean como un sustitutivo de otros materiales como el óxido de indio

(muy utilizado en la construcción de pantallas táctiles) debido a sus

propiedades de transparencia óptica y elevada conductividad eléctrica. Sin

embargo, la investigación en este campo se encuentra en estado

embrionario.

Ilustración 7: Nanocables de plata (9)

20




Uno de los factores que podrían confirmar este uso de los nanocables

de plata es la capacidad para soportar cargas cíclicas, así como la fatiga

provocada por el contacto que sufren las pantallas táctiles.

La Escuela de ingeniería de McCormick de la Universidad de

Northwestern lidera la investigación (9) es este campo. Algunos de sus

resultados más llamativos han sido la capacidad de “curación” que tenían

las deformaciones aparentemente permanentes, en el momento en el que

cesaba la causa del estrés. Para llegar a este resultado, el equipo de

investigación sometió nanocables a tensiones variables observándolos

mediante el microscopio electrónico.

1.1.2 Tintas conductoras

En el anterior apartado se han analizado las nanopartículas más comunes

utilizadas en la investigación sobre los conductores flexibles. El método más

frecuente para la construcción de estos conductores consiste cargar un material base

de estas nanopartículas mediante un proceso de mojado en dispersiones acuosas de

estas. Por lo tanto, en este apartado se pretende hacer un resumen sobre el estado

de la investigación de estas dispersiones de nanopartículas, conocidas también

como tintas conductoras. Para este apartado dividiremos entre un barrido sobre la

investigación sobre las tintas de CNTs y otro para las tintas de nanopartículas de

plata.

1.1.2.1 Tintas de nanotubos de carbono

La investigación actual está muy volcada en los procesos de síntesis

de nanopartículas en dispersión en medios líquidos (10) (1), es decir, en la

síntesis de tintas conductoras. Uno de los ejemplos más actuales es la

dispersión de nanotubos de carbono. El principal problema para la síntesis

de dispersiones de nanotubos de carbono proviene del requerimiento de

estas tintas de nanotubos dispersados individualmente (SWNT), y de la

21




dificultad que eso conlleva, debido a que los nanotubos de carbono tienen

tendencia a agregarse formando nanotubos de pared múltiple.

A pasar de esta tendencia, existen diversas metodologías que

permiten la obtención de una dispersión de nanotubos de pared simple.

Generalmente estas metodologías se basan en la funcionalización química

covalente de las paredes laterales de los nanotubos, y en la escisión de estos

mediante laminado mecánico.

Un factor muy importante es también el medio en el que se pretende

realizar la dispersión. Dicho medio (2) debe empapar la superficie

hidrofóbica de los nanotubos y a la vez reducir las interacciones entre los

estos. Se han identificado ciertos surfactantes y polímeros, como el PVP,

que resultan adecuados para estas funciones. Por este motivo, existen

métodos para obtener dispersiones en soluciones de alta concentración de

surfactantes y en soluciones súper-ácidas. Esas soluciones empapan la pared

del tubo y la cargan con moléculas de surfactante o mediante la protonación

en las soluciones súper-ácidas.

Los principales problemas de estos métodos son, por un lado, que

pueden dañar la estructura de los nanotubos, y también que los nanotubos

tratados únicamente pueden dispersarse en medios acuosos o en orgánicos

de forma excluyente.

Debido a estos problemas, este campo de investigación busca

tratamientos para las nanopartículas que las protejan de la degradación del

medio de la dispersión, o bien medios que no resulten dañinos para los

CNTs.

Existen varios ejemplos de estas investigaciones, como las

dispersiones de nanotubos en anilina (10), para las que se han utilizado

distintos tipos de nanotubos: los nanotubos de pared simple obtenidos por

crecimiento con láser, nanotubos de pared simple HiPCO (descomposición

a alta presión de CO gas) y nanotubos de pared múltiple.

1.1.2.2 Tintas de nanopartículas de plata

22




Las nanopartículas de plata suponen un reto menor que los

nanotubos en cuanto a la obtención de dispersiones de estas. Esto se debe a

la existencia de métodos simples que permiten la reducción de iones de plata

mediante etanol, que a su vez es dispersado en cloroformo (8). Este proceso

se lleva a cabo a temperaturas desde los 80ºC hasta los 100ºC en condiciones

atmosféricas, por lo que este proceso químico resulta simple, barato y

fácilmente realizable.

En este proceso de síntesis (8) 10 ml se solución acuosa que contiene

nitrato de plata (0.3g de AgNO3), 1g de linoleato de sodio, 5ml de etanol y

1ml de ácido linoleico se mezclan en un tubo autoclave en agitación. El

sistema es sellado y tratado a una temperatura desde 80º hasta 100ºC durante

5 horas. Junto al proceso de reducción generado el ácido linoleico es

absorbido en la superficie de los nano cristales del metal noble con las

cadenas de alquilo por fuera, a través de la cuales el nano cristal producido

obtendrá superficies hidrofóbicas.

Mediante este proceso se obtiene una dispersión coloidal de

nanopartículas de plata como se demuestra en la prueba de

espectrofotometría (Ilustración 8), en el que se puede ver el pico plasmónico

de resonancia.

Ilustración 8: Espectro de absorción de nanopartículas de plata (8)

23




1.1.3 Conductores flexibles

Se ha realizado ya un repaso sobre los tipos de nanopartículas más utilizadas

en la fabricación de las tintas conductoras, y también sobre la fabricación concreta

de estas. En este apartado se pretende ahondar en las técnicas existentes para la

fabricación de conductores flexibles, y en los resultados obtenidos por estas

investigaciones, en cuanto a las propiedades eléctricas de los conductores y los

dispositivos construidos con estos.

Como se ha introducido, la fabricación de los conductores flexibles se lleva

a cabo mediante la inmersión de un material base en la tinta conductora. El material

se impregna así de las nanopartículas en dispersión y adquiere sus propiedades de

conductividad eléctrica. Para obtener la propiedad de flexibilidad, se elige un

material base flexible. Por lo tanto las dos propiedades que se exigen al material

base son su flexibilidad y su porosidad, con el objetivo de que se cargue de

nanopartículas en la mayor medida posible. Además de estas propiedades, se busca

un material base que no se deteriore durante el proceso de fabricación. Este

deterioro de los materiales puede darse en el secado posterior a la inmersión en la

tinta, al que se somete al material compuesto.

El material base más frecuentemente elegido para la construcción de

materiales flexibles es el papel policeluloso. El papel cumple con los requisitos de

flexibilidad y porosidad, así como la conductividad térmica suficiente como para

no deteriorarse durante el secado. Otros materiales base que se han utilizado para

la construcción de estos conductores son vidrios o polímeros como el PET.

Sin embargo el papel tiene otras ventajas frente al resto de materiales base

que se utilizan en la construcción de conductores flexibles (1). Al impregnar el

papel de tinta conductora de CNTs mediante el simple método del cordón Meyer

(ilustraciones 9A y 9B), este se convierte en altamente conductor con una

resistencia de tan solo 10 Ω/sq, una cifra menor que en otros materiales base. El

recubrimiento de CNTs en las fibras del papel se muestra en las ilustraciones 9C y

9D. En el caso de una tinta de nanocables de plata, el recubrimiento se muestra en

la ilustración 9E.

24




La ilustración 9F muestra una gráfica de la resistencia eléctrica frente al

grosor efectivo de la película de nanopartículas, en un caso CNTs y en otro de Ag

NWs.

Ilustración 9: Recubrimiento de CNTs sobre papel comercial (1)

Debido a la facilidad que tiene el papel para absorber disolventes y para que

los CNTs se adhieran a él, la fabricación de conductores flexibles de papel es mucho

más simple que la de conductores de otras sustancias, como vidrios o polímeros.

En primer lugar, debido a que la reología de la tinta no resulta un factor estricto en

el papel. Sin embargo, en vidrios y polímeros, la energía superficial de la tinta debe

coincidir con la del material base, y la viscosidad debe ser suficientemente alta para

evitar efectos provocados por la tensión superficial. Por este motivo, cuando se

eligen materiales base distintos al papel, se deben añadir aditivos a las tintas para

adaptar sus propiedades reológicas, que reducen la conductividad final del material.

25




Además, el papel no requiere de procesos de lavado surfactante para conseguir una

alta conductividad, lo que si en necesario en otros materiales base.

El papel conductor tiene también excelentes propiedades mecánicas. El

papel cargado con CNTs de grosor desde 100nm hasta 5µm puede doblarse con un

radio de 2mm, sin sufrir cambios en su conductividad. Los ensayos de fatiga revelan

que puede doblarse con un radio de 2 mm 100 veces con un decremento de su

resistencia menor del 5%. Esto se debe a la gran adhesión de los CNTs con las

fibras del papel, y a la morfología porosa de éste, que son capaces de relajar el

esfuerzo de flexión.

Debido a las propiedades expuestas, unidas a su gran área superficial, el

papel conductor ha sido utilizado en la construcción de condensadores flexibles.

Existe otra ventaja del papel para esta aplicación, ya que el papel cargado de

nanopartículas hace la función de electrodo, y otro papel sin cargar realiza la

función de dieléctrico. De esta forma puede obtenerse un condensador construido

completamente mediante papel (ilustración 10A), lo que reduce considerablemente

el peso, aumentando la energía específica que puede almacenar.

Se han construido por tanto condensadores completamente de papel, y se

han ensayado sus propiedades en electrolitos acuosos y orgánicos, usando métodos

galvanostáticos (ilustración 10B) y voltamperiméricos cíclicos.

Como se muestra en la ilustración 10C, la capacidad específica de

condensadores de papel ensayada a varias intensidades es superior a los resultados

obtenidos con electrodos de CNTs puros en superficies planas. Además mantienen

capacidades específicas altas en puntos de operación de alta intensidad.

26




Ilustración 10: test de rendimiento de condensadores de papel (1)

27




28




1.2 Objetivos del proyecto

La motivación para seguir la línea de investigación introducida en el estado del arte

proviene de los prometedores resultados obtenidos en los estudios anteriores en los que se

han construido condensadores usando estos conductores flexibles, así como de la demanda

de materiales con mayor vida útil en su respuesta a ciclos en el campo del almacenamiento

de energía. Por este motivo, la búsqueda de nuevos materiales para la construcción de

condensadores que mejoren tanto las propiedades eléctricas como mecánicas de las

actuales es la principal motivación de este proyecto. Las baterías suponen el cuello de

botella para el desarrollo de la electrónica, un campo en el que la potencia computacional

de los dispositivos se ve frenada por la incapacidad de mantener sus exigencias de

alimentación. Dado que los condensadores pueden usarse como sustitutivos de las baterías,

se plantea la construcción de un condensador mediante los conductores flexibles para

comprobar si cumple los requisitos necesarios para asumir est función.

Análogamente, la reducción de peso y espacio para las baterías de maquinaria de

mayor potencia es también una preocupación para el mundo industrial. La investigación en

vehículos eléctricos está a la orden del día y gran parte del desarrollo en este campo pasa

por la implementación de los nuevos materiales.

En un automóvil, una batería más ligera significa una reducción en su consumo y

el hecho de que esta batería sea flexible permite adaptarla a espacios reducidos dejando

más amplitud para pasajeros u otros sistemas para mejorar la experiencia de la conducción.

Los objetivos propuestos para este proyecto buscan la definición de un proceso

completo de fabricación de un condensador, objetivo principal del proyecto, y analizar la

posibilidad de implementar este método a nivel industrial. Para lograr este objetivo será

necesario elegir los materiales más adecuados para la construcción del condensador en base

a sus propiedades técnicas (densidad, conductividad y flexibilidad), buscando de esta forma

las propiedades que resultes más óptimas para su funcionamiento. Además se deberá

analizar la viabilidad económica del proceso y ofrecer conclusiones sobre la posibilidad de

industrializarlo.

En resumen, y presentando los objetivos del estudio de una forma concreta, estos

serán:

Síntesis de dispersiones coloidales de nanopartículas de plata y nanocables de plata.

29




Elegir materiales base para la fabricación de los conductores flexibles.

Construir un condensador basado en estos conductores flexibles.

Caracterizar el condensador.

Describir detalladamente todos los procesos con el objetivo de ayudar a futuras

investigaciones.

Obtener conclusiones sobre la viabilidad de la investigación.

30




1.3 Tareas propuestas

En este apartado se pretende realizar una descripción de las tareas que permiten la

consecución de los objetivos propuestos para el proyecto. Este se puede dividir en dos

partes principales: la primera experimental y la segunda analítica.

Las tareas propuestas son las siguientes:

1. Parte experimental:

Preparación de la tinta de nanopartículas de plata

Preparación de las muestras de material compuesto con nanopartículas

de plata

Preparación de la tinta de nanocables de plata

Preparación de las muestras de material compuesto con nanocables de

plata

Ensayo de espectrofotometría

Ensayos de conductividad térmica

Ensayos de conductividad eléctrica

Diseño y caracterización del condensador

2. Parte analítica:

Investigación sobre el estado de la cuestión

Estudio económico de la investigación

Análisis de resultados

Obtención de conclusiones

Redacción de la memoria

31




32




1.4 Organización del proyecto

La organización del proyecto se presenta en el cronograma siguiente:

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

ACTIVIDAD

S36

S37

S38

S39

S40

S41

S42

S43

S44

S45

S46

S47

S48

S49

S50

S51

S52

Charla con el director

Fin

ale

s p

rim

er

cuat

rim

estr

e

Estableccimiento de objetivos y metodología

Par

te e

xper

imen

tal

Preparacion tinta Ag np

Preparacion muestras Ag np

Preparacion tinta Ag nw

Preparacion muestras Ag nw

Ensayos de conductividad

termica

Ensayos de conductividad

electrica

Diseño del condensador

Ensayos del condensador

Estado del arte

Enero Febrero Marzo Abril

ACTIVIDAD S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

S11

S12

S13

S14

S15

S16

S17

S18

Trab

ajo

no

exp

erim

enta

l

Estado del arte

Análisis económico

Boceto de la memoria

Escritura de la memoria

33




34




II.- Desarrollo del proyecto

El desarrollo del proyecto consiste en la realización de las tareas expuestas para la

consecución de los objetivos propuestos para el estudio. El desarrollo del proyecto se trata

esencialmente de un estudio experimental que consta de la elección de los materiales matriz para

los nanocomposites, la síntesis de las dispersiones de nanopartículas, el método de fabricación del

material compuesto, todo ello con el objetivo de fabricar conductores flexibles para la fabricación

del condensador. A cada proceso de fabricación le corresponde un ensayo de caracterización de

sus propiedades, que también cumple la función de verificación del proceso.

La parte experimental del proceso se divide por tanto en dos partes. La primera se trata de

la fabricación de los materiales conductores, con la posterior caracterización de sus propiedades.

La segunda es la construcción y caracterización del condensador.

La parte experimental del proceso comienza con la síntesis de tintas conductoras, que

consisten en una dispersión de un tipo de nanopartículas en un medio líquido. Este medio actúa

también de solución blanca en la prueba de espectrofotometría para determinar la presencia de

nanopartículas así como el tamaño medio de las mismas.

Tras la síntesis de las dispersiones coloidales de naonpartículas debe elegirse el material

de la matriz. Este material se selecciona por sus propiedades de porosidad, masa y flexibilidad. La

resistencia a la temperatura es también una propiedad importante debido a que durante el proceso

de fabricación se somete a las muestras a un secado de hasta 100ºC.

La fabricación de las muestras se realiza mediante un proceso de mojado del material

matriz en las tintas y un secado posterior al vacío para aumentar la adhesión de las nanopartículas

al material. Este proceso se repite varias veces. Además de la prueba del espectrofotómetro, el

aumento de masa de las muestras sirve también de verificación para la presencia de nanopartículas

en el material compuesto.

La caracterización de las propiedades de las muestras se realiza mediante ensayos de

conductividad térmica y eléctrica. Para estos ensayos se utilizan dos equipos: un de medida de

conductividad térmica y una mesa de puntas para la medida de la conductividad eléctrica.

Una vez completada la fabricación de las muestras empieza la fabricación del condensador.

Para esto se seleccionarán las muestras de las que se hayan obtenido mejores resultados en cuanto

a conductividad, masa y flexibilidad. Después, se debe seleccionar un modelo geométrico para la

construcción del condensador, que sea posible de construir y optimice sus propiedades.

35




Para el ensayo de caracterización del condensador, se utilizara un equipo de respuesta en

frecuencia, del que resulta un modelo de resistencia en serie con el condensador en un amplio

rango de frecuencias, lo que sirve de indicador para su respuesta en ciclos.

36




2.1 Fabricación de los conductores flexibles

Como ya se ha mencionado, la parte experimental del proyecto comienza con la

fabricación de las muestras conductoras. En este proceso se sintetizan las tintas, se

selecciona el material base, se fabrica el material compuesto y se procede a la

caracterización de sus propiedades.

2.1.1 Tintas conductoras

Las tintas conductoras son las dispersiones de nanopartículas en las

que se empapara el material matriz para obtener las propiedades de conductividad

eléctrica y térmica. En este estudio, se sintetizaran dos tipos de tintas, una de

nanopartículas de plata y otra de nanocables.

Como primera comprobación de la presencia de nanopartículas en

la dispersión se llevara a cabo una prueba de espectrofotometría. Para este ensayo,

es necesaria disolución blanca de la dispersión. Esta solución blanca es el medio de

la dispersión justo antes de añadir los reactivos que dan lugar a las nanopartículas.

2.1.1.1 Dispersión de nanopartículas de plata

Para la dispersión de nanopartículas de plata se introduce 2 mL del

nitrato de plata en solución 0.2M en un vaso de mezcla. Después se añade

5 mL de glucosa a 0.1M asegurándose de que entra en contacto con el

nitrato. Por último, se añaden 100 mL de almidón a 0,2% mientras se agita

la dispersión con un agitador magnético. La solución se hierve a 100º C

durante 20 minutos y se deja reposar a temperatura ambiente.

El tiempo de 20 minutos se obtuvo como resultado de varias pruebas

en las que se mantuvo la temperatura de 100ºC en una placa calefactora

(Ilustración 11) durante 10, 15 y 20 minutos. La posterior prueba con el

37




espectrofotómetro revelo que las nanopartículas solo aparecían cuando la

temperatura de mantenía durante 20 minutos.

Por el procedimiento explicado, la solución blanca para la prueba de

espectrofotometría es una solución de almidón, que es el compuesto base

de la dispersión.

Ilustración 11: placa calefactora

2.1.1.2 Dispersión de nanocables de plata

La tinta de nanocables de plata (Ag nanowires) sigue un

procedimiento diferente. En este caso, se mezclan en un vaso 3.34g de PVP

(polivinilpirrolidona) con 100 mL de etilenglicol y se calientan a 170º C.

Esta temperatura no afecta a la mezcla ya que la temperatura de ebullición

del etilenglicol es de 197º C aproximadamente. Una vez se haya estabilizado

la temperatura se añade 0.25g de cloruro de plata y se espera 3 minutos para

38




añadir 1.1g de nitrato de plata. La solución se deja a 170º C durante media

hora y después se deja reposar a temperatura ambiente.

Para la mantención de la temperatura de 170º, se hace necesaria un

sistema de control (Ilustración 12) mediante un termopar, ya que esta

temperatura se sale de la escala de los platos calefactores de los que se

dispone en el laboratorio.

En este caso, la solución blanca es una solución de etilenglicol con

PVP calentada ha 170º.

Ilustración 12: Equipo de control de temperatura

2.2.2.3 Prueba de espectrofotometría.

De cada tinta se toma una muestra para comprobar en el

espectrofotómetro (Ilustración 13) la dispersión de nanopartículas. Debido

39




al efecto plasmónico veremos un pico en el gráfico de absorción frente a

longitud de onda proveniente del análisis del espectrofotómetro que servirá

como comprobación de la dispersión de nanopartículas en las tintas.

Se mostraran a continuación las gráficas de los espectros de

absorción de las dos dispersiones de nanopartículas sintetizadas, para

observar los datos detallados, acúdase al anexo A.

Ilustración 13: Espectrofotómetro

2.2.2.3.1 Efecto plasmónico de superficie

Con el objetivo de aclarar el mencionado efecto de

resonancia de plasmón de superficie introducimos este epígrafe para

analizar sus bases teóricas.

En un gas (11) fuertemente ionizado, en estado de plasma,

es posible la interactuación entre los portadores de carga libres y la

radiación electromagnética de baja frecuencia. Los portadores de

carga libres oscilan en resonancia con la radiación, produciéndose

un fenómeno vibratorio típico en los plasmas, esto es lo que

llamamos plasmón.

40




Por las características de los metales, el interior de estos es

una gran aproximación de un “plasma sólido”, es el que los átomos

pueden ser considerados como puntos masivos fijos con carga

positiva bañados en una “sopa de electrones”. En el sentido más

estricto, los plasmones masivos son ondas cuantizadas de una serie

de electrones móviles producidas cuando una gran cantidad de estos

son alterados respecto de sus posiciones de equilibrio y vibran a una

frecuencia característica.

Cuando la frecuencia de la radiación es menor que la

frecuencia del plasmón, los electrones tienen tiempo de seguir

perfectamente las oscilaciones del campo eléctrico oscilante de la

radiación y la onda es reflejada totalmente. Cuando la frecuencia de

la radiación es mayor que la del plasmón, las cargas son incapaces

de seguir la oscilación del campo eléctrico y entonces la onda es

transmitida

2.2.2.3.2 Nanopartículas de plata

Para llevar a cabo este ensayo se utilizan dos cubetas de

espectrofotometría. En una de ellas se introduce una muestra de la

dispersión de nanopartículas y en la otra la solución blanca de

almidón y glucosa con base acuosa.

La prueba del espectrofotómetro para la dispersión de las

nanopartículas de plata (Ilustración 14) revela el pico de absorción

en una longitud de onda de aproximadamente 420 nm. Este pico

sirve de verificación para la existencia de nanopartículas de plata y

revela que su tamaño está dentro del rango propuesto.

41




Ilustración 14: Espectro de absorción de la dsipersión de nanopatrículas de plata

2.2.2.3.3 Nanocables de plata

En el caso de los nanocables de plata, la solución blanca es

una solución de etilenglicol con PVP. Para obtenerla, se sigue el

método de síntesis de la dispersión coloidal de nanocables hasta el

punto de añadir los compuestos de plata (AgCl y AgNO3).

En la gráfica de absorción de la dispersión coloidal de

nanocables de plata (Ilustración 15), el pico de absorción se empieza

a producir al final del rango de longitud de onda. Esto significa que

el pico se produce a una longitud de onda superior a 900 nanómetros,

es decir, que el tamaño de los nanocables es superior al indicado.

42




Ilustración 15: Espectro de absorción de la dsipersión de nanocables de plata

2.1.2 Materiales base

2.1.2.1 Candidatos iniciales

Para la elección del material de la matriz, buscamos un material

poroso para que pueda cargarse con nanopartículas para incrementar sus

propiedades de conductividad eléctrica y térmica. También es importante el

peso reducido y la flexibilidad, junto con la resistencia térmica suficiente

como para no deteriorarse con las temperaturas alcanzadas durante el

proceso.

Los materiales candidatos (Ilustración 16) para actuar de material

base son tres tipos distintos de papel policelulosos. Dos primeros con

elevada porosidad, cuyo uso normal es de lámina para pintura al agua, y un

tercer tipo de papel compuesto tanto de fibras de celulosa y de algodón,

también de porosidad elevada.

43




Además de utilizar los papeles como material base como sugerían

muchos artículos de investigaciones anteriores, este estudio aporta

innovación utilizando dos materiales textiles como matriz del conductor

flexible, un primer textil de sarga y otro de fibras de lana de origen animal.

Las ventajas del material textil son su elevada flexibilidad, porosidad y su

capacidad para no deteriorarse a las temperaturas de secado. La desventaja

más patente de estos materiales viene precisamente de su elevada porosidad,

que hacía que estos materiales absorbiesen una gran cantidad de tinta, por

lo que se hacía necesario aumentar la temperatura y el tiempo en el proceso

de secado del material.

Un tercer tipo de candidato a material base fue la espuma EVA

(etilen vinil acetato), un polímero termoplástico conformado por unidades

repetitivas de etileno y acetato de vinilo. Por tratarse de una espuma, la

porosidad es adecuada para el ensayo y su flexibilidad es también adecuada,

ya que el uso mayoritario de este material es la construcción de maquetas y

otras manualidades.

44




Ilustración 16: Materiales base utilizados. Arriba papeles policelulosos de pintura al agua, en el medio espuma EVA y textil de sarga, y abajo textil de lana animal y papel policeluloso con algodón.

45




2.1.2.2 Materiales descartados

En primer lugar se descarta la espuma EVA, que por tratarse de un

polímero se deteriora completamente en el proceso de secado. No obstante,

es posible comprobar a nivel cualitativo una gran absorción de la tinta por

parte del material, por lo que no se debe descartar para futuras

investigaciones en las que cambie el método de captación de nanopartículas.

En los ensayos con los papeles policelulosos surgió un problema

debido a la anisotropía del material. Por tratarse de un material utilizado

para la pintura al agua, la porosidad del material se da únicamente por una

de las caras. Por este motivo, existe una gran adherencia de las

nanopartículas al material por esta cara pero apenas existe impregnación por

la otra.

2.1.3 Fabricación de los conductores flexibles

El método de captación de las nanopartículas consiste en un proceso de

inmersión y secado de los materiales base en las tintas. Este proceso se lleva a cabo

diez veces para cada muestra. Este proceso es bastante homogéneo para todas las

tintas y materiales base, sin embargo, debido a limitaciones en el laboratorio, se

han realizado pequeñas modificaciones sobre el original. Con el objetivo de detallar

estas modificaciones y justificar su existencia, se procede a una explicación

concreta del proceso haciendo una diferenciación en base al tipo de nanopartículas.

2.1.3.1 Nanopartículas de plata

En este caso el método propuesto funciona a la perfección, por lo

que no se hace necesario introducir ninguna modificación. Cada muestra

permanece sumergida totalmente en la tinta durante diez minutos. Uno de

los puntos a prestar atención en el mojado de las tintas es procurar que los

materiales base no se adhieran entre sí, dejando un espacio cerrado entre

ellos en el que la tinta no penetra. Tras el mojado de los materiales, el

46




proceso de secado tiene lugar en un horno de vacío, logrado mediante una

bomba de vacío (Ilustración 17), el que se mantiene una presión de -0.9 bar

y una temperatura de 100ºC. De esta forma eliminamos la base acuosa de la

dispersión y aumentamos la adherencia de las nanopartículas al material

matriz.

Ilustración 17: Bomba utilizada en el horno de vacío

2.1.3.2 Nanocables de plata

El problema surge de la dispersión de los nanocables, cuya base es

etilenglicol en lugar de agua. La temperatura de ebullición del etilenglicol

es de 197.2ºC por lo tanto, la temperatura de secado de 100º no es suficiente

para esta dispersión. La elevada temperatura de ebullición es también causa

de la concentración de humedad en la bomba de vacío, que llega hasta el

depósito de aceite de esta y la deteriora. Si a todo este se le añade la gran

cantidad de tinta que son capaces de captar los materiales textiles, se vuelve

primordial introducir modificaciones en el proceso.

En primer lugar, se debe aumentar la temperatura de secado para ser

capaz de evaporar el etilenglicol. Desafortunadamente, el horno de vacío

disponible no es capaz de aumentar la temperatura el margen necesario por

47




lo que se debe utilizar otro equipo. Además se debe aumentar el tiempo de

secado de los 10 minutos, la motivación de esta conclusión es puramente

empírica, comprobada por los ensayos. Además, es necesario someter a las

muestras a un tratamiento de vacío, para asegurar la adhesión de los

nanocables al material.

El proceso de secado queda por tanto dividido en dos etapas. La

primera en una estufa de mayor potencia (Ilustración 18), en la que se

mantiene una temperatura de 150º durante 10 minutos. Una vez eliminada

la mayor parte de la humedad, las muestras se colocan en el horno original

en el que se mantiene una temperatura de 100º y una presión de -0.9 bar.

Ilustración 18: estufa de alta potencia

48




2.1.4 Caracterización de los conductores flexibles

Una vez llevada a cabo la fabricación de los conductores flexibles debemos

realizar los ensayos de caracterización. El objetivo de estos ensayos es obtener el

valor de las propiedades de conductividad de las muestras, tanto térmica como

eléctrica, y también obtener una idea cualitativa de la cantidad de nanopartículas

adheridas al material base. Para lograr este segundo objetivo, se analizara la

evolución del aumento de masa de las muestras, y se realizaran micrografías para

comparar el material sin carga con el material compuesto, a un nivel microscópico.

2.1.4.1 Conductividad térmica

La conductividad térmica de las muestras se analiza debido a la

importancia de dicha propiedad en la conducción eléctrica, que es el

propósito final de los conductores flexibles. Una conductividad térmica alta

garantiza menores pérdidas de potencia eléctrica en forma de calor, y

además asegura el funcionamiento de los condensadores en los puntos de

operación a alta temperatura. Debido al campo de aplicación de los

condensadores, por ejemplo en aplicaciones de construcción de baterías, o

en electrónica de potencia, es asumible pensar que los condensadores finales

trabajaran a temperaturas elevadas. Por tanto, es necesario evaluar si son

capaces de mantener su estructura sin deteriorarse, manteniendo sus

propiedades de forma estable.

Para evaluar la conductividad térmica de las muestras se debe

realizar un ensayo de transmisión de calor por conducción en régimen

estacionario. Para ello se dispone de un equipo que transmite una potencia

calorífica a través de una barra aislada del exterior. A lo largo de dicha barra

se disponen varios sensores de temperatura. A través de los datos obtenidos

es posible obtener la conductividad eléctrica de las muestras.

49




2.1.4.1.1 Fundamentación teórica

Supóngase una pared (12), de sección transversal conocida,

como la mostrada en la ilustración 19, en la que las superficies

externas se encuentran a temperaturas T1 y T2.

Ilustración 19: Conducción estacionaria (12)

Entre ambas superficies se establece un flujo de calor en el

sentido de las temperaturas decrecientes. Por ejemplo hacia la

derecha si T1 > T2. En este caso, el calor es transferido por el

mecanismo de conducción, que rige para sistemas en los que existe

un gradiente térmico sin movimiento macroscópico entre sus

partículas.

La ecuación que rige la conducción es la ley de Fourier:

= −𝑨 · 𝒌 · 𝛁𝑻

Ecuación 1

Siendo:

A Área de transferencia de calor

K La conductividad térmica

∇T El gradiente de temperatura

q Potencia calorífica

50




Del análisis diferencial del primer principio de la

termodinámica junto a la ley de Fourier se obtiene finalmente la

ecuación de la conducción en coordenadas cartesianas.

𝑑

𝑑𝑥(𝑘𝑥

𝑑𝑇

𝑑𝑥) +

𝑑

𝑑𝑦(𝑘𝑦

𝑑𝑇

𝑑𝑦) +

𝑑

𝑑𝑧(𝑘𝑧

𝑑𝑇

𝑑𝑧) + 𝑞′′′ = 𝜌𝑐

𝑑𝑇

𝑑𝑡

Ecuación 2

Suponiendo unas condiciones de contorno en las que no

existe transmisión en las coordenadas y y z, tampoco hay generación

de calor interna ni variación de la energía interna del elemento se

simplifica en la siguiente ecuación.

𝑑

𝑑𝑥(𝑘

𝑑𝑇

𝑑𝑥) = 0

Ecuación 3

Suponiendo además que la conductividad es constante se

llega finalmente a la ecuación de distribución de temperatura de

forma unidimensional y en régimen estacionario.

𝑇(𝑥) = 𝑇1 − (𝑇1 − 𝑇2)𝑥

𝐿

Ecuación 4

Mediante esta ecuación y la ley de Fourier (ecuación 1) se

determina la potencia calorífica.

𝑞 = −𝑘𝐴𝑑𝑇

𝑑𝑥=

𝑘𝐴

𝐿(𝑇1 − 𝑇2) =

𝑇1 − 𝑇2

𝐿𝑘𝐴

Ecuación 5

Esta ecuación tiene la ventaja de poder expresarse de forma

gráfica mediante un modelo de resistencia eléctrica (Ilustración

20).

Ilustración 20: modelo de resistencia electrica para la conducción (12)

51




2.1.4.1.2 Equipo de ensayos de conductividad

El equipo utilizado para evaluar la conductividad térmica

(13) de las muestras simula unas condiciones de conducción

unidimensional en régimen estacionario, a través de una barra. El

esquema del equipo es el mostrado en la ilustración 21.

Ilustración 21: Esquema del ensayo de transmisión de calor por conducción (13)

La conductividad térmica del material se obtiene fijando la

potencia calorífica y evaluando la evolución de las temperaturas. En

nuestro caso, debido a que el grosor de las muestras es muy

reducido, las situaremos entre lo sensores de temperatura 6 y 7. Para

reducir la resistencia de contacto, se utiliza silicona conductora.

2.1.4.1.3 Resultados del ensayo

Se muestran a continuación los valores medios de

conductividad térmica (tabla 1), para observar el cálculo detallado

de los mismos, acúdase al anexo B.

52




kmed(w/mk)

Ag

Nan

op

arti

cles

Papel I 5.35E-01

Papel II 7.90E-01

Papel PC 3.89E-01

Ag

Nan

ow

ires

Papel PC 4.12E-01

Texil sarga 9.77E-01

Textil lana animal

1.08E+00

Tabla 1: conductividad térmica

2.1.4.2 Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica se trata de la propiedad de mayor

importancia debido al objetivo de utilizar las muestras como conductores

flexibles. Obtener una alta conductividad eléctrica resulta primordial para

reducir al máximo la potencia de pérdidas en el dispositivo y aumentar de

este modo su eficiencia.

2.1.4.2.1 Fundamentación teórica

La presencia de un campo eléctrico (14) tiende a mover los

portadores de carga positiva en un sentido, y los de negativa en otro.

53




Si cada uno o ambos se mueven, el resultado es una corriente

eléctrica en el sentido del campo (E). En la mayoría de sustancias se

encuentra que la densidad de corriente (J) es proporcional al campo

eléctrico que la causa en un amplio rango de intensidades. Esta

relación se expresa por:

𝐽 = 𝜎 ·

Ecuación 6

Donde al factor σ se le conoce como la conductividad del

material, y depende de éste. Puede estar también relacionado con el

estado físico del material, por ejemplo su temperatura, pero dadas

unas condiciones, es independiente del valor de E.

En la ecuación 6, σ puede considerarse una magnitud escalar,

lo que implica que J siempre tiene la misma dirección que E. Esto

es lo esperado en un material cuya estructura no está construida en

direcciones preferidas. Sin embargo, existen materiales cuya

conductividad eléctrica depende del ángulo que forme E con

determinados ejes intrínsecos al material, a esos materiales se les

conoce como anisótropos.

De la integración de la ecuación 6 se obtiene la conocida ley

de ohm.

𝑉 = 𝐼 · 𝑅

Ecuación 7

En lugar de la conductividad puede usarse su recíproco, la

resistividad ρ. La resistividad está relacionada con la resistencia de

un material por la siguiente expresión.

𝑅 =𝜌 · 𝑉

𝐴

Ecuación 8

54




2.1.4.2.2 Método de las cuatro puntas

El método de las cuatro puntas (15) es conocido también

como el método de Kelvin. Se trata de un método diseñado para

obtener el valor de la resistencia de un material. Fue desarrollado

por Lord Kelvin, y más tarde perfeccionado por Frank Wenner, a

comienzos del siglo XX. Se trata de un experimento muy utilizado

en procesos industriales, como por ejemplo en el control de

producción de los semiconductores.

El método de las 4 puntas (Ilustración 22) hace uso de dos

circuitos vinculados. Por un circuito se hace circular la corriente

(circuito exterior), y por el otro se realiza la medición de la tensión.

Ilustración 22: método de Kelvin (15)

Mediante este método la tensión medida por el voltímetro

será:

𝑉+ = 𝜀𝐴 + 𝐼+ · 𝑅 − 𝜀𝐵

Ecuación 9

Donde εA y εB representan los potenciales de contacto de

cada unión. El superíndice (+) indica que la corriente circula en el

55




sentido de la ilustración. Usamos el superíndice (-) cuando cambia

la dirección de la corriente de la polaridad de la fuente de tensión,

pero sin alterar el resto del circuito. La resistencia limitadora Rext se

elige de modo tal, que la corriente en el circuito no dañe la fuente o

los otros elementos del mismo.

Si se invierte la polaridad de la fuente de tensión, la tensión

medida por el voltímetro será:

−𝑉− = = 𝜀𝐴 − 𝐼+ · 𝑅 − 𝜀𝐵

Ecuación 10

Los valores de corriente indicados en las ecuaciones 9 y 10

son los valores absolutos de lo que indican los instrumentos.

Restando entre sí las ecuaciones se obtiene:

𝑉+ + 𝑉− = (𝐼+ + 𝐼−) · 𝑅

Ecuación 11

Por lo tanto, invirtiendo el sentido de circulación de la

corriente y tomando la diferencia de los potenciales medidos,

podemos anular el efecto de los potenciales de contacto. Más

específicamente tenemos:

𝑅 = 𝑉++ 𝑉−

𝐼++ 𝐼−=

|𝑉+| +|𝑉−|

|𝐼+|+ |𝐼−|

Ecuación 12

Vemos así que el método de las cuatro puntas nos permite

eliminar simultáneamente el efecto de las resistencias de los cables

y potenciales de contacto, como así también evaluar la magnitud de

dichos potenciales. En principio puede parecer sorprendente que la

magnitud de la corriente por el circuito varíe si se invierte la

polaridad de la fuente externa, es decir que los valores de I+ e I-

puedan ser diferentes, sin embargo, cuando se realizan conexiones

es común que existan óxidos en los conectores, que provocan que

los valores de la resistencia resulten diferentes si la corriente fluye

en un sentido u otro, de modo análogo a un diodo. Además, el valor

de la tensión efectiva aplicada al circuito, formada por la fuente

56




externa y los potenciales de contacto, se varía al cambiar la

polaridad de la fuente externa. De hecho esta variación de corriente

es fácilmente observable en muchos circuitos.

En aquellos casos en que la fuente de alimentación del

circuito externo sea alterna (AC), es conveniente realizar la

medición de tensión usando un instrumento que filtre las

componentes de continua (DC). Muchos instrumentos poseen la

opción de activar este modo de medición, por ejemplo los

osciloscopios, multímetros, amplificadores lock-in, etc. Si se mide

la tensión en modo AC, la ecuación 9 se transforma en:

𝑉𝐴𝐶 = 𝐼𝐴𝐶 · 𝑅

Ecuación 13

Ya que en este modo los potenciales de contacto (DC) son

filtrados automáticamente por el instrumento medidor. Por lo tanto,

en este caso es posible simplificar el método de medición de cuatro

puntas.

2.1.4.2.3 Resultados del ensayo

La conductividad eléctrica de las muestras de nanopartículas

de plata no se muestra en los resultados debido a que el equipo no

tiene la suficiente precisión como para medir valores tan reducidos.

Se muestran a continuación los valores medios de

conductividad térmica (Tabla 2), para observar el cálculo detallado

de los mismos, acúdase al anexo C

Ag NWs σmed(S/m)

Texil lana animal 3.71E-03

papel 9.94E-04

57




Texil Sarga

1

8.48E+01

2

2.15E+00

3

1.05E-02

4

4.58E+02

Tabla 2: Conductividad eléctrica

2.1.4.3 Evolución de masa

El incremento de masa de las muestras es un dato que sirve para

obtener una idea de la carga. Para realizar este ensayo, únicamente se realiza

una comparación entre las masas iniciales de las muestras sin cargar, y las

finales tras terminar el proceso de la carga de nanopartículas. Debido a

resultados de ensayos anteriores, se han descartado algunas combinaciones

de materiales base y nanopartículas.

2.1.4.3.1 Nanopartículas de plata

58




Ilustración 23: evolución de la masa del conductor flexible de papel policeluloso cargado con nanopartículas de plata

2.1.4.3.2 Nanocables de Plata

Ilustración 24: evolución de la masa de los conductores flexibles cargados con nanocables de plata

0.4350

0.4400

0.4450

0.4500

0.4550

0.4600

0.4650

0.4700

np papel

Evolución masa Ag NPs en papel PC

masa inicial masa final

0.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

papel NWs textil sagra NWs textil lana animal NWs

Evolución masa Ag NWs

masa inicial masa final

59




2.1.4.4 Caracterización óptica

La prueba de caracterización óptica sirve para obtener un ensayo

cualitativo sobre la cantidad de nanopartículas adheridas a los materiales.

Esta prueba se lleva a cabo en el microscopio.

El procedimiento es sencillo, se trata de tomar una captura de cada

material base sin carga de nanopartículas y compararla con la imagen de la

muestra cargada a nivel cualitativo, con el objetivo de verificar las

propiedades de los ensayos de conductividad. En este sentido, las muestras

que se hayan impregnado de una mayor cantidad de nanopartículas tendrán

mejores propiedades.

Tabla 3: caracterización óptica

60




2.1.5 Discusión de los resultados

Una ver llevados a cabo los distintos ensayos de caracterización de las

propiedades de las muestras, se plantea este apartado para sacar conclusiones al

respecto, y para seleccionar aquellas muestras de las que hayan obtenido mejores

resultados para la caracterización del condensador.

Para cumplir estos objetivos es necesario estableces prioridades entre las

propiedades que han sido ensayadas. Debido a que el objetivo final del proyecto es

la fabricación de un condensador, la propiedad más determinante para elegir la

muestra para fabricarlo debe ser la conductividad eléctrica. En segundo lugar,

debido a la necesidad de minimizar las perdidas por calor del condensador en

funcionamiento, la conductividad térmica tiene también gran importancia. Por

último, la flexibilidad de las muestras ya que el objetivo del proyecto es la

fabricación de un condensador flexible.

Es también necesario discutir los resultados obtenidos del ensayo realizado

mediante el espectrómetro en las dispersiones coloidales, tanto de nanopartículas

de plata como de nanocables de plata.

2.2.5.1 Discusión de resultados del espectrofotómetro

En cuanto a la dispersión coloidal de nanopartículas de plata, se

puede apreciar fácilmente el pico de resonancia plasmónica en la gráfica de

absorción frente a longitud de onda. Este pico es el indicativo de la

presencia de nanopartículas en dispersión en la tinta. Este pico aparece

aproximadamente en los 430 nanómetros.

En la dispersión coloidal de nanocables de plata el pico de

resonancia el pico de absorción comienza a aparecer en longitudes de onda

superiores a los 900 nanómetros. El hecho de que aparezca en longitudes de

onda tan elevadas significa que las nanopartículas presentes en la dispersión

tienen un tamaño mayor al esperado. Las propiedades de conductividad

eléctrica y térmica se verán afectadas por este hecho, ya que el tamaño de

61




la nanopartícula supone de forma experimental una reducción de sus

propiedades conductivas.

2.2.5.2 Discusión de resultados de conductividad eléctrica

Las propiedades de conductividad eléctrica más elevadas se han

alcanzado en los conductores flexibles fabricados con nanocables de plata

en un textil de sarga. Es este caso se han llegado a alcanzar valores de 84.8

S/m.

Para poder sacar conclusiones sobre la magnitud medida es

necesario comparar los valores de conductividad de los conductores

flexibles con los valores de conductividad de materiales más extendidos.

Para ello usamos la siguiente tabla 4 de conductividades (16):

62




Tabla 4: valores de conductividad térmica en algunos materiales

Observando los valores de la tabla tenemos que la conductividad

obtenida en las muestras es relativamente baja. La razón más probable para

explicar estos resultados proviene de las dificultades que se han encontrado

en el proceso de impregnación de las nanopartículas. En el caso de los

nanocables por ejemplo, la humedad de las muestras en el secado hizo

imposible obtener las condiciones de vacío necesarias para la correcta

adherencia de las nanopartículas al material base. Otro posible motivo para

la baja conductividad obtenida es que el tamaño de los nanocables de plata

es superior al esperado, como ya se explicó en el apartado anterior. El

aumento de tamaño de los nanocables puede ser un factor que reduzca la

conductividad de las muestras.

63




A pesar de los reducidos valores de conductividad obtenidos en

general, las muestras que mejores resultados han dado han sido los

conductores flexibles fabricados con nanocables de plata en un textil de

sarga, por este motivo, estas muestras serán las escogidas en la fabricación

del condensador.

2.2.5.3 Discusión de resultados de conductividad térmica

Para analizar los resultados obtenidos en el ensayo de conductividad

térmica, debe seguirse la misma línea establecida en el apartado de

discusión de resultados de conductividad eléctrica. Los valores máximos de

conductividad térmica se han alcanzado en las muestras de conductores

flexibles de los dos tipos de textiles cargados con nanocables de plata,

alcanzando valores medios de 0.977 W/mK en el textil de sarga o 1.08

W/mK en el segundo textil.

Para poder analizar estos valores, analizaremos la conductividad

térmica de algunos materiales (tabla 5) con el objetivo de comparar los

conductores flexibles fabricados con otros materiales más extendidos. La

tabla de valores de conductividad térmica se presenta a continuación (17):

64




Tabla 5: valores de conductividad térmica en algunos materiales

Se obtiene por tanto de la tabla que los materiales tampoco han

alcanzado una conductividad térmica elevada si se compara con los

materiales conductores. Las razones para explicar las bajas conductividades

alcanzadas son las mimas que explican la reducida conductividad eléctrica,

es decir, las dificultades encontradas para el método de impregnación de las

65




nanopartículas en los materiales base, y el tamaño de los nanocables de plata

obtenidos en la dispersión coloidal, que fue mayor de lo esperado.

Sin embargo, en la tamba se aprecia también el aumento de

conductividad que ha experimentado el textil de fibras de origen animal,

que originalmente era 0.08 W/mK y ha aumentado hasta 1.08 W/mK al

cargarse de nanocables de plata. Es decir, la adhesión de nanocables a las

fibras del material ha provocado que éste experimente un aumento de su

conductividad térmica de dos órdenes de magnitud.

Los resultados obtenidos en este ensayo respaldan la decisión de

utilizar los conductores flexibles de textil de sarga cargado con nanocables

de plata para la construcción del condensador, ya que, si bien la

conductividad alcanzada por esta muestra es ligeramente inferior a la

alcanzada en el textil de fibras de origen animal, es uno de los mayores

valores obtenidos.

2.2.5.4 Discusión de resultados de evolución de masa y caracterización óptica

Los ensayos de evolución de la masa y caracterización óptica

respaldan los resultados de los ensayos de caracterización cuantitativos, ya

que las muestras que han experimentado un mayor aumento de su masa son

las aquellas de las que se han obtenido mejores resultados en cuanto a su

conductividad, tanto eléctrica como térmica. Estas mismas muestras (textil

de sarga y de fibras de origen animal) son aquellas en las que se observa

una mayor adhesión de nanopartículas en el ensayo de caracterización

óptica.

66




2.2 Fabricación de los condensadores

El objetivo principal de este proyecto es la construcción y caracterización de un

condensador flexible mediante nanocomposites cargados con nanopartículas metálicas.

Durante la primera parte del desarrollo, se han fabricado los electrodos del condensador.

En este segunda parte, se utilizaran las muestras de las cuales se hayan obtenido mejores

resultados en cuanto a propiedades de flexibilidad, y conductividad eléctrica y térmica.

Un condensador (18) es un componente pasivo cuya característica principal es la

capacidad que presenta. Se clasifican en dos grandes grupos: polarizados y no polarizados,

según sea o no necesario mantener una determinada polaridad en sus bornes. El

condensador consta de placas conductoras enfrentadas y separadas por un material

dieléctrico (aislante). Idealmente este dieléctrico no tiene carga libre, es decir, carga con

movilidad. El valor de la capacidad C viene determinado por el producto de un factor

geométrico G y la constante dieléctrica ε que depende del material dieléctrico. Se suele

referir la constante dieléctrica del material a la del vacío 𝜀 = 𝜀𝑟 · 𝜀0 r donde 𝜀𝑟 es la

constante dieléctrica relativa, que es característica del material dieléctrico, y 𝜀 = 8,854 ·

10-14 F/cm, la constante dieléctrica del vacío. Por lo que para un condensador plano, el

factor geométrico es el área de las placas enfrentadas S, dividida por la distancia entre ellas

d, G= S/d.

El factor geométrico es un componente que se puede considerar constante para

distintas condiciones de temperatura, salvo en condensadores variables, en los que sus

placas se mueven, por lo que es el comportamiento del material dieléctrico el que determina

el comportamiento del condensador. Por lo que los condensadores se denominan según el

tipo de dieléctrico del que están fabricados, condensadores de plástico, cerámicos,… el

valor de la constante dieléctrica ε depende de la composición del dieléctrico, temperatura

de trabajo T, de la frecuencia f, de la tensión aplicada V, de la calidad del mismo, y en

muchos dieléctricos de la dirección geométrica elegida. Pero en los dieléctricos que suele

haber en condensadores, se supone uniformidad de comportamiento en cualquier dirección

(isotropía) y sólo se habla de un valor de 𝜀𝑟, aunque debe tenerse en cuenta la cantidad de

carga libre, tanto electrones como iones, que a pesar de ser baja, puede llegar a ser

significativa.

Los condensadores son dispositivos constituidos por dos placas conductoras

paralelas, separadas por un material aislante, cuya principal función es el almacenamiento

de carga. Cuanto mayor sea el área de las placas, mayor será su capacidad, expresado en

67




millonésimas de Faradios [μF], y cuanto mayor sea la distancia entre las placas, mayor será

el aislamiento o la tensión de trabajo del condensador, expresada en unidades de Volts,

aunque el valor de capacidad disminuye proporcionalmente cuanto más las placas se

separan.

2.2.1 Características básicas de los condensadores

Para caracterizar los condensadores es necesario realizar un repaso sobre las

principales características (18) de los mismos.

2.2.1.1 Capacidad

La capacidad es una propiedad, definida como la relación que existe

entre la carga eléctrica Q que se almacena y la tensión V que se aplica entre

bornes, se mide en Faradios F. Se suelen dar para unas condiciones

determinadas, generalmente para 25ºC y 10.000 Hz. Salvo para los

condensadores electrolíticos para los cuales se da a 100 o 120 Hz.

2.2.1.2 Voltaje

Indica el voltaje máximo al que puede trabajar el condensador, el

cual nunca debe ser por debajo de los requerimientos del equipo o circuito

donde se va a conectar. En este punto es importante señalar que el

condensador puede tener un voltaje mayor que el requerido, pero el valor

en Faradios sí debe ser exacto. Es decir, si necesitamos un condensador de

100 Volts a 10 µF, podemos instalar uno de 200 Volts, pero siempre de 10

µF.

2.2.1.3 Tolerancia

68




Como en todos los componentes físicos (reales), en los

condensadores el valor especificado en faradios no es exacto, sino que

puede variar hacia arriba o hacia abajo del valor dado, esta variación es

conocida como tolerancia y generalmente se maneja como un porcentaje del

valor del condensador. Esta tolerancia puede variar dependiendo del

componente que se trate, y es necesario revisar las especificaciones técnicas

para conocer el valor manejado.

2.2.1.4 Coeficiente de temperatura

Los condensadores están sujetos a variaciones de valor con los

cambios de la temperatura es por ello que se fabrican algunos

condensadores con coeficientes específicos de temperatura y se usan para

la compensación térmica. El coeficiente de temperatura, TC, se expresa

como el cambio de capacidad por grado centígrado o Celsius de cambio de

temperatura. En general se expresa en partes por millón por grado Celsius

(ppm/°C). Puede ser positivo (P precede al coeficiente), negativo (N) o cero

(NPO).

2.2.1.5 Dieléctrico o aislante

La función del dieléctrico es aumentar la capacidad del

condensador. Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos

tiene diferentes grados de permitividad (diferente capacidad para el

establecimiento de un campo eléctrico). Mientras mayor sea la

permitividad, mayor es la capacidad del condensador La capacidad de un

condensador está dada por la fórmula

𝐶 = 𝜀𝑟 · 𝐴

𝑑

69




Ecuación 14

Dónde:

C: Capacidad del condensador

Εr: Permitividad

A: Área entre placas

D: Separación entre placas

2.2.1.6 Tensión nominal

La tensión nominal Vn es la máxima tensión continua (dc) que se

puede aplicar al condensador de forma continua en condiciones de

temperatura de especificación o menor. Normalmente este valor de tensión

no se debe sobrepasar en ningún momento.

2.2.1.7 Tensión de ruptura de un condensador

La tensión de ruptura es aquella tensión máxima instantánea que se

puede aplicar a los terminales del condensador de forma continua en

condiciones de temperatura de especificación. Si se sobrepasa, el dieléctrico

se puede perforar provocando un corto circuito.

2.2.1 Construcción del condensador

La construcción del condensador que se va a caracterizar se realiza en la

forma de un condensador de placas paralelas. Se utiliza esta forma de construcción

por resultar muy directa dadas las muestras obtenidas en el proceso de fabricación

de los conductores flexibles.

70




Un condensador de placas (14) paralelas consiste en dos placas paralelas

conductoras (los conductores flexibles en nuestro caso), cargadas con carga +Q y –

Q respectivamente, separadas a una distancia d (Ilustración 25). Para determinar la

capacidad del condensador, deben seguirse los siguientes pasos: suponer que las

placas están cargadas con cargas +Q y –Q respectivamente, cálculo del campo

eléctrico entre las placas, calcular la diferencia de potencial, y por ultimo hallar la

capacidad mediante la fórmula de la ecuación 14.

Ilustración 25: esquema de un condensador de placas paralelas (19)

Cálculo del campo E

De la ley de Gauss:

𝜀0 ∮ · 𝑑𝑠 = 𝑞

Ecuación 15

Y siendo constante y paralelo a 𝑑𝑠

𝐸 = 𝑞

𝜀0𝐴

Ecuación 16

71




Cálculo de la diferencia de potencial

La definición de diferencia de potencial:

∆𝑉 = −∫ · 𝑑𝑙𝑃2

𝑃1

= −∫ · 𝑑𝑙𝑑

0

Ecuación 17

∆𝑉 = 𝑞

𝜀0𝐴𝑑

Ecuación 18

Cálculo de la capacidad

𝐶 = 𝑞

∆𝑉=

𝜀0𝐴

𝑑

Ecuación 19

En conclusión, la capacidad de un condensador de placas paralelas es

proporcional a la superficie de las placas e inversamente proporcional a la distancia

que las separa.

Este cálculo de la capacidad supone un modelo teórico en el que las placas

conductoras son conductores perfectos y en el que se desestima el efecto del campo

en los límites de las placas, pero sirve para obtener una idea sobre la dependencia

de la capacidad de un condensador con su geometría.

Con esta explicación sobre el modelo elegido, se pasa a la construcción del

condensador con las muestras que han dado mejores resultado en la caracterización,

es decir, los conductores flexibles de textil de sarga cargados con nanocables de

plata. Para añadir los conectores, se utiliza pintura de plata en el punto de contacto

72




para reducir la resistencia. En cuanto al material dieléctrico, se utiliza el papel

policeluloso para asegurar la flexibilidad del condensador (ilustración 26). Otra

propiedad interesante del papel policeluloso es su reducida masa.

Ilustración 26: Condensador fabricado con conductores flexibles

2.2.2 Caracterización del condensador

Se ha realizado ya una introducción sobre las características principales de

los condensadores, y se ha profundizado en el análisis del modelo elegido y en su

construcción. En este apartado, se caracterizará el condensador final.

Para esta caracterización, se utilizará un equipo diseñado para ensayar el

comportamiento del condensador en un rango amplio de frecuencias, con el

objetivo final de obtener una gráfica de la capacidad resultante a cada frecuencia.

73




Estos resultados servirán para obtener datos concretos sobre el comportamiento del

condensador y su modelo equivalente.

Por último, en este ensayo se compararan los resultados obtenidos del

condensador fabricado con nuestros conductores flexibles con los resultados del

mismo ensayo para un condensador electrolítico comercial.

2.2.2.1 Condensador electrolítico

Un condensador electrolítico (Ilustración 27) en es un tipo de

condensador polarizado. Estos condensadores suelen tener valores altos de

capacidad de almacenamiento de carga, (18) ya que se recurre a reducir la

separación entre las placas, aumentar el área enfrentada de las mismas y a

la utilización de un dieléctrico de elevada constante dieléctrica.

Ilustración 27: condensador electrolítico (18)

Este tipo de condensador debe su nombre a que el material

dieléctrico que contienen es un ácido llamado electrolito y que se aplica en

estado líquido. La fabricación de un condensador electrolítico comienza

enrollando dos láminas de aluminio separadas por un papel absorbente

humedecido con ácido electrolítico. Luego se hace circular una corriente

eléctrica entre las placas para provocar una reacción química que producirá

una capa de óxido sobre el aluminio, siendo este óxido de electrolito el

verdadero dieléctrico del condensador. Para que pueda ser conectado en un

74




circuito electrónico, el condensador llevará sus terminales de conexión

remachados o soldados con soldadura de punto. Por último, todo el conjunto

se insertará en una carcasa metálica que le dará rigidez mecánica y se sellará

herméticamente, en general, con un tapón de goma, que evitará que el ácido

se evapore en forma precoz.

En estos condensadores es necesario respetar la polaridad de la

tensión en los terminales, ya que se basan en el uso de metales sobre los que

crece óxido (dieléctrico) si pasa la corriente en un sentido, pero que tiende

a descomponerse si la corriente pasa en sentido contrario. Los términos

electrolítico y polarizado se suelen intercambiar ya que los condensadores

polarizados suelen ser electrolíticos, aunque existe la posibilidad de usar

condensadores electrolíticos no polarizados. La gran ventaja de este tipo de

condensadores es el elevado valor de capacidad por unidad de volumen que

se puede obtener. Este alto valor se consigue jugando con el factor

geométrico del condensador, es decir, haciendo que el espesor del óxido sea

muy pequeño, lo que es posible conseguir con el procedimiento

electroquímico de crecimiento. Todos ellos tienen un comportamiento muy

deficiente en cuanto a fugas, pérdidas y márgenes útiles de frecuencia, y las

tolerancias superan el 50% en algún caso; pero son usuales en filtros paso

bajo de fuentes de alimentación donde los requerimientos en estos

parámetros no son excesivos y el coste y la relación capacidad/volumen les

hace muy competitivos. En todos los casos existe la opción de emplear

cátodo líquido o sólido, variando sus prestaciones en uno y otro caso.

2.2.2.2 Fundamentación teórica

Debido a que la caracterización del condensador se traduce en una

medida de su impedancia, debe introducirse el significado de esta propiedad

en un condensador.

La impedancia es la oposición que experimenta un dispositivo o

circuito eléctrico o electrónico a la circulación de corriente eléctrica

periódica. Todos los materiales de la Naturaleza presentan impedancia.

75




Al medir la impedancia deben considerarse dos cuestiones de

relevancia. En primer lugar que el test se realiza en CA, por lo tanto, tanto

la amplitud como la frecuencia han de tenerse en cuenta. En segundo lugar,

se pueden considerar dos modelos, el modelo serie y el modelo paralelo. En

el primer caso se habla de impedancia y en el segundo de admitancia. Los

modelos se muestran en la Ilustración 28, y responden a las expresiones que

siguen:

𝑍(𝑗𝜔) = 𝑅 + 𝑗𝑋(𝜔)

Ecuación 20

𝑌(𝑗𝜔) = 𝐺 + 𝑗𝐵(𝜔)

Ecuación 21

Dónde:

𝑌 = 1

𝑍

Ecuación 22

Por otra parte, al medir la impedancia y la admitancia existen

diversas fuentes de error, en general asociadas al modelo del componente,

la matriz de test (valores verdadero, efectivo e indicado) y el instrumento

de medida (errores de medida).

Ilustración 28: modelo serie paraleo de un componente pasivo (18)

76




Los planos de medida de la impedancia y de la admitancia se

muestran en la ilustración 29. En ella se aprecian los distintos modelos y los

ángulos que determinan la desviación del componente respecto del modelo

resistivo y conductivo puro. El radio-vector asociado a un componente ideal

coincide con la dirección de un eje.

Por ejemplo, si consideramos el plano de la impedancia, la parte

real de la impedancia es la resistencia, y la imaginaria se denomina

reactancia. Los condensadores reales se encuentran normalmente en el

cuadrante inferior., mientras que las bobinas en el cuadrante superior. Los

condensadores ideales se encuentran en el semi-eje imaginario negativo, y

las bobinas idéales en el semi-eje imaginario negativo. Cuanto más ideal es

un condensador o una bobina menos resistivo es y por consiguiente el

ángulo estará próximo a -90º y a 90º, respectivamente.

Es evidente a la luz de los fasores (vectores giratorios) de la

ilustración 29:

Ilustración 29:: fasores correspondientes a la admitancia (18)

A partir de estas definiciones se consideran los parámetros que

cuantifican la cercanía con la idealidad de un componente, y que a menudo

son objeto de mediciones directas e indirectas.

77




Al realizar mediciones sobre componentes los errores que se

comenten dependen de en buena parte de factores asociados al propio

componente, que son:

Frecuencia de la señal de test.

Nivel (amplitud) de la señal de test.

DC bias: punto de operación (tensiones y corrientes).

Entorno o medio ambiente (temperatura, humedad, etc.).

Estos factores representan las condiciones de test un componente,

afectándoles porque los componentes no son ideales, poseen parásitos,

determinados a su vez por la calidad del proceso de fabricación y de los

materiales empleados. No hay componentes ideales en la práctica. Todos

poseen parásitos, por lo que su comportamiento depende de los parásitos

que posean. La ilustración 30 muestra un modelo real de un condensador.

El diseño y la calidad de su material determinan la existencia de parásitos.

Existe una inductancia no deseada debida a los terminales o hilos de

conexión (además su resistencia serie). El resto de los parámetros, salvo C,

modelan el dieléctrico del condensador.

Ilustración 30: modelo equivalente real de un condensador (18)

2.2.2.3 Equipo de caracterización

78




El equipo de caracterización que se va a utilizar para los

condensadores es un analizador de impedancias que mide un modelo de

condensador simplificado por una resistencia en serie con un condensador

ideal. El medidor de impedancias analiza el comportamiento del

condensador en un amplio rango de frecuencias, lo que sirve para analizar

la tendencia de la capacidad del condensador y obtener las frecuencias

óptimas para el funcionamiento del mismo.

Además en ensayo realizado mediante este equipo aporta

información sobre la estabilidad en frecuencia de un condensador, lo que

resulta muy importante para caracterizar su funcionamiento en diversas

aplicaciones.

El circuito equivalente (Ilustración 31) que analizamos con el

equipo es el siguiente:

Ilustración 31: modelo equivalente simplificado de un condensador (20)

2.2.2.4 Resultados del ensayo

En este a apartado se muestran las gráficas de capacidad y

resistencia en serie para cada uno de los condensadores. Para observar los

datos tabulados completos acúdase al anexo D.

La gráfica de la capacidad frente a la frecuencia (Ilustración 32 para

el condensador flexible de nanocables de plata e ilustración 34 para el

condensador electrolítico) es la principal característica de un condensador

ya que determina la capacidad de almacenamiento de carga del mismo y da

información sobre la estabilidad en frecuencia del dispositivo.

Además, se muestran también las gráficas de la resistencia en serie

en el modelo equivalente frente a la frecuencia (Ilustración 33 para el

condensador flexible de nanocables de plata e ilustración 35 para el

condensador electrolítico). Esta característica da información sobre las

pérdidas del condensador debido al efecto Joule.

79




Condensador flexible de nanopartículas de plata:

Ilustración 32: capacidad en función de la frecuencia del condensador flexible de nanocables de plata

0.0000

20.0000

40.0000

60.0000

80.0000

100.0000

120.0000

140.0000

0.000 10000000.000 20000000.000 30000000.000 40000000.000 50000000.000

Cap

acid

ad [

pF]

Frecuencia [Hz]

Cs [pF]

80




Ilustración 33: resistencia en función de la frecuencia del condensador flexible de nanocables de plata

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0.000 10000000.000 20000000.000 30000000.000 40000000.000 50000000.000

Re

sist

en

cia

en

se

rie

[Ω

]

Frecuencia [Hz]

Rs [Ω]

81




Condensador electrolítico comercial

Ilustración 34: capacidad en función de la frecuencia del condensador electrolítico comercial

-0.000006

-0.000005

-0.000004

-0.000003

-0.000002

-0.000001

0

0.000001

0.000002

0.000 10000000.000 20000000.000 30000000.000 40000000.000 50000000.000

Cap

acid

ad [

F]

Frecuencia [Hz]

Cs [F]

82




Ilustración 35: resistencia en función de la frecuencia del condensador electrolítico comercial

2.2.3 Discusión de resultados

Los resultados obtenidos por el ensayo de caracterización son positivos en

cuanto a la tendencia de aumento de la capacidad con la frecuencia que experimenta

el condensador flexible. Esta capacidad no ha resultado suficientemente elevada

como para hacer de este condensador un dispositivo competitivo, sin embargo, ha

demostrado ser muy estable en el amplio rango de frecuencias analizado por el

medidor de impedancia.

Este resultado cobra especial importancia si se compara con la gráfica de

capacidad del condensador electrolítico. Este condensador pierde capacidad con la

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0.000 10000000.000 20000000.000 30000000.000 40000000.000 50000000.000

Re

sist

en

cia

en

se

rie

[Ω

]

Frecuencia [Hz]

Rs [Ω]

83




frecuencia llegando a dejar de comportarse como condensador. Además, la gráfica

muestra la inestabilidad de su capacidad ya que ésta toma valores significativos

únicamente en un pequeño rango.

De los ensayos de conductividad de las muestras se obtuvieron unos

resultados reducidos de esta propiedad. Por ese motivo, la resistencia en serie del

modelo equivalente del condensado de nanocables de palta tiene valores elevados

para todas las frecuencias. A pesar de este hecho, muestra una tendencia a reducir

su valor con la frecuencia, similar a la tendencia presente en la resistencia en serie

del condensador electrolítico.

84




III.- Estudio Económico

En este apartado se pretende llevar a cabo un análisis económico del producto final del

proyecto, es decir, del condensador. El condensador que se estudia en este apartado está fabricado

con los conductores flexibles que tienen el textil de sarga como material base cargado con

nanocables de plata.

Para realizar este estudio, se lleva a cabo un presupuesto en el que se tiene en cuenta el

proceso de fabricación de las tintas, el de los conductores flexibles y el montaje del condensador,

así como el coste de los materiales utilizados.

Por tratarse de un proyecto puramente experimental, este apartado no se trata de un análisis

de viabilidad económica, sino de una estimación económica del coste del proceso, con el objetivo

de cuantificar de una forma concreta los costes derivados del estudio.

3.1 Definición del proceso de fabricación

El proceso de producción que sigue el producto destaca por la simplicidad y su

facilidad para la implementación en una línea de montaje. Este proceso es fácilmente

automatizable lo que supone una reducción de los costes a largo plazo en un proceso

industrial.

La definición de este proceso de fabricación (Ilustración 36) sigue la misma línea

que la utilizada en la parte experimental del proyecto. La única diferencia entre ambos es

el acabado final del procesadora, que en este caso consta de unos conectores de aluminio

y de una cobertura de seguridad.

85




Ilustración 36

Como muestra la ilustración, el proceso de fabricación consta de 4 subprocesos

principales: la fabricación de la solución coloidal de nanocables de plata, la preparación de

los materiales base, la fabricación de los conductores flexibles y el montaje del

condensador. En el gráfico se muestra también las operaciones y los materiales utilizados

en los subprocesos. Esta información es la necesaria para obtener un presupuesto preciso.

3.2 Coste de material

Para analizar el coste de material se analizan los precios de mercado de los

materiales necesarios, y se obtiene mediante estos el precio unitario de dichos materiales

en un condensador. En el caso de los materiales utilizados en la solución coloidal (Tabla

Fabricación de la solución coloidal de Ag NWs

Cloruro de plata

Nitrato de plata

PVP

Agitación magnética

Preparación del material base

Textil de Sagra

Selección y corte

Fabricación de los conductores flexibles

Proceso de inmersión y secado

Horno de vacío

montaje del condensador

Añadir conectores de aluminio y material aislante

Envoltura de seguridad

86




6), se debe obtener el porcentaje en masa de dichos compuestos en la muestra de solución

necesaria para la construcción de dos muestras de conductores flexibles, es decir, para la

construcción de un condensador.

Coste Solución coloidal

Material precio($/kg) cantidad necesaria (g) precio unitario ($) precio unitario (€)

AgCl 2150 0,25 0,54 0,60

PVP 610,2 120 73,22 82,01

AgNO3 1430 1,1 1,57 1,76

Total 75,33 84,37

Tabla 6

En cuanto al coste de los materiales necesarios para la construcción del

condensador (tabla 7), el proceso es bastante similar. Sin embargo, en el caso de los

conectores, y la envoltura, el precio es unitario, en lugar de tener como dato el coste por

kilogramo.

Coste muestras y condensador

Material precio(€/kg) cantidad necesaria (g) precio unitario (€)

Texil 2,25 1,4296 0,0032

Papel 0,5064 0,447 0,0002

Conector - - 0,8500

Envoltura - - 0,75

Total 1,6034

Tabla 7

Por lo tanto el coste total de material (tabla 8) queda:

coste total por material 85,98

87




Tabla 8

3.3 Coste de proceso

Para analizar el coste del proceso se debe tener en cuenta el coste de máquina, para

lo cual es necesario analizar el uso de maquinaria especializada. Además, se debe tener en

cuenta también el coste de mano de obra tanto en montaje como en máquina, y el tiempo

unitario de uso de cada máquina. Como resultado se obtiene el coste de puesto de trabajo.

Tiempo de uso de la maquinaria especializada (Tabla 9):

Agitación Magnética Requiere 10 minutos/200ml ≈0,002 Hora/Uni.

Horno de Vacío Requiere 100 minutos/200ml ≈0,02 Hora/Uni.

Tabla 9

Coste de amortización de la maquinaria (tabla 10):

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑈𝑠𝑜 =𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑀á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐴𝑚𝑜𝑟𝑡.∗ 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝐻𝑎𝑏. 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝐴𝑛𝑢𝑎𝑙 ∗ 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑈𝑛𝑖.

Ecuación 23

Maquina Precio

Maquina (€)

Periodo de Amortización

(Años)

Tiempo Requeridas

por Uni. (Horas)

Coste de uso Maquina por

unidad (€)

Agitación Magnética 2500 3 0,002 0,0009

Horno de Vacío 2000 2 0,02 0,0111

Tabla 10

Con lo que se obtiene un coste de máquina (tabla 11):

88




Tiempo Total de Maquinas Requerido Por Unidad (Horas) 0,022

Coste Total de Uso de Maquinas Por Unidad (€) 0,012

Tabla 11

En cuanto a la mano de obra directa, es necesario analizar los subprocesos en los

que es requerida. Estos subprocesos son aquellos en los que se requiere mover las muestras

de un puesto a otro, el uso de algunos equipos y el montaje final del dispositivo.

Coste mano de obra (tabla 12):

Tiempo Requerido de Mano de Obra Por Proceso y por Unidad

Proceso Tiempo (Horas)

Montaje Laminar 0,033

Añadir Colectores 0,008

Juntar con Conectores 0,004

Horno de Vacio 0,020

Tiempo Total de Montaje a Mano por Unidad 0,066

Precio por Hora de Mano de Obra(€) 6,00

Precio Mano de Obra por unidad (€) 0,395

Tabla 12

89




3.4 Presupuesto total

Teniendo en cuenta el coste de material y el de proceso, el precio unitario (tabla 13)

de un condensador queda:

Precio de Maquinaria por Unidad (€) 0,0120

Precio de Mano de Obra por Unidad(€) 0,40

Precio de Material por Unidad (€) 85,98

Precio de Fabricación Total por Unidad (€) 86,39

Tabla 13

El coste final queda por tanto bastante alto, el motivo principal del elevado coste

son los compuestos utilizados en la solución coloidal de nanocables de plata. Sin embargo,

por tratarse de un proceso experimental un alto coste resulta asumible. La razón para ello

es que no se plantea el condensador como capaz de salir al mercado y resultar competitivo,

ya que la investigación sobre este tema se encuentra en una fase embrionaria, sino que se

trata únicamente de obtener el coste derivado de la investigación realizada.

90




IV.- Conclusiones

Una vez llevada a cabo la construcción y la caracterización del condensador, objetivo

principal del proyecto, se plantea este apartado para plantear las conclusiones obtenidas en el

proyecto.

En lo respectivo a las dispersiones coloidales, el método de síntesis empleado para

la obtención de nanopartículas de plata ha resultado perfectamente realizable en

condiciones sencillas de laboratorio, ofreciendo un resultado muy positivo en su

gráfica de absorción. Este método tiene ventajas como la temperatura a la que se

realiza, alcanzable mediante una simple placa calefactora. Por otra parte, la

dispersión coloidal de nanocables de plata mostraba el pico de absorción fuera del

rango del espectrofotómetro, indicando la presencia de nanocables de plata de un

tamaño mayor del óptimo, y reduciendo las propiedades de conductividad eléctrica

y térmica de la dispersión. Por lo tanto, el método se síntesis de la solución de

nanocables no resulta el más apropiado.

En cuanto a los conductores flexibles, las propiedades de conductividad han

resultado también menores de lo esperado. Las muestras preparadas con

nanopartículas de plata presentan unas propiedades de conductividad menores que

las de otros materiales conductores más extendidos. Las muestras cargadas con

nanocables obtuvieron propiedades ligeramente más elevadas, pero aun sin llegar

niveles de conductividad eléctrica y térmica comparables a los conductores

habituales.

El análisis económico del proyecto ha revelado el alto coste que supone la

investigación con estos materiales, debido al elevado precio de mercado de los

compuestos utilizados en la síntesis de las dispersiones de nanopartículas, el cloruro

de plata y el nitrato de plata.

Por último, es destacable en este apartado, que los resultados finales de capacidad

del condensador han resultado más bajos de lo esperado. Sin embargo, la tendencia

de aumento de capacidad con la frecuencia es un resultado muy positivo que invita

a continuar la investigación en este campo. Otro aspecto positivo es que debido a

la flexibilidad y a la masa reducida de los condensadores, es posible utilizar un

número n de estos en configuración en paralelo, lo que permite aumentar la

capacidad n veces, sin que el dispositivo final tenga una masa o un tamaño

excesivos.

91




En conclusión, el condensador fabricado mediante los conductores flexibles cargados con

nanocables de plata no supone un gran avance respecto a sus propiedades. No obstante, la línea de

investigación iniciada en este proyecto ofrece expectativas prometedoras debido a la propiedad del

condensador fabricado que hace que éste aumente su capacidad con la frecuencia, convirtiéndolo

en un posible candidato para aplicaciones que tengan dichas condiciones de trabajo.

92




V.- Recomendaciones

En este apartado se pretende ofrecer recomendaciones a seguir para futuros estudios que

amplíen la investigación sobre los conductores flexibles. El objetivo es ofrecer apuntes concretos

que permitan un avance más rápido de futuras investigaciones.

Como primer apunte, se recomienda profundizar en la investigación del método de

síntesis para la dispersión coloidal de nanocables de plata. En este proyecto, los

mejores resultados se han obtenido en los conductores flexibles cargados con este

tipo de nanopartículas. Sin embargo, el espectro de absorción para esta dispersión

denota que el tamaño de los nanocables es mayor del óptimo, lo que afecta a sus

propiedades de conductividad. Mejorar el método de síntesis de forma que permita

obtener nanocables de menor tamaño supondría mejorar las propiedades de

conductividad eléctrica y térmica de los conductores y por tanto mejorar la

capacidad final del condensador y reducir sus pérdidas.

En segundo lugar, el método de impregnación de nanopartículas es también una

posible fuente de investigación. Cuanto mayor sea la adhesión de nanopartículas a

las fibras del material base, es también mayor el incremento de conductividad

eléctrica y térmica que experimenta. Con una mayor carga de nanopartículas se

mejorarían las propiedades de los conductores flexibles y por tanto los

condensadores fabricados con estos. Una de las dificultades que han surgido en este

proyecto ha sido la imposibilidad de mantener el vacío durante el secado de las

muestras de conductores flexibles debido a la humedad presente, que provocaba el

deterioro de la bomba. Por lo tanto se propone experimentar con dispositivos más

especializados en trabajar con elevados grados de humedad.

Por último, debido al resultado obtenido en la caracterización del condensador, en

el que este aumenta su capacidad con la frecuencia, se recomienda profundizar en

la investigación sobre este hecho. Llevar a cabo ensayos más específicos con el

objetivo de explicar esta propiedad es el siguiente paso para esta investigación. Para

ello se recomienda llevar a cabo ensayos que permitan obtener el modelo

equivalente completo del condensador.

93




94




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96




97




98




Anexo A: Espectros de absorción de las soluciones coloidales

Nanopartículas de plata

99




100




Nanocables de plata

101




102




103




104




105




106




Anexo B: Ensayo de conductividad térmica

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 A(m2) L(m) k

kmed(w/mk)

Ag

Nan

op

arti

cles

Papel I

50 50 48 40.

7 37.

9 36.

3 21 20.

7 20.

5

4.91E-04 4.10E-

04 5.46E-

01

5.35E-01

51 51 48.

7 41.

3 38.

3 36.

7 21 20.

7 20.

5

4.91E-04 4.10E-

04 5.32E-

01

51.9 51.8

49.4

41.8

38.7 37

21.1

20.7

20.6

4.91E-04 4.10E-

04 5.26E-

01

Papel II

50 49.7 47.

6 37.

5 34.

8 33.

5 20.

6 20.

6 20.

5

4.91E-04 5.10E-

04 8.06E-

01

7.90E-01 50.6 5.3

48.2 38

35.3 34

20.9

20.6

20.5

4.91E-04 5.10E-

04 7.94E-

01

51.3 51

48.8

38.5

35.7

34.4

20.9

20.7

20.5

4.91E-04 5.10E-

04 7.70E-

01

Papel PC

50 490

7 48.

4 42.

2 39.

5 38.

2 20.

6 20.

6 20.

4

4.91E-04 3.40E-

04 3.94E-

01

3.89E-01 50.8 50.5

49.1

42.6

39.8

38.4

20.6

20.6

20.4

4.91E-04 3.40E-

04 3.89E-

01

51.7 51.3

49.8 43

40.1

38.7

20.7

20.6

20.4

4.91E-04 3.40E-

04 3.85E-

01

Ag

Nan

ow

ires

Papel PC

50 49.7 48.

4 42.

2 39.

5 38.

2 20.

6 20.

6 20.

4

4.91E-04 3.60E-04

4.17E-01

4.12E-01 50.8 50.5

49.1

42.6

39.8

38.4

20.6

20.6

20.4

4.91E-04 3.60E-04

4.12E-01

51.7 51.3

49.8 43

40.1

38.7

20.7

20.6

20.4

4.91E-04 3.60E-04

4.08E-01

Textil Sarga

50 49.9 48 41.

5 39 37.

5 21.

6 21.

2 20.

9

4.91E-04 7.70E-

04 9.87E-

01

9.77E-01 50.6 50.6

48.6

41.8

49.3

37.7

21.6

21.2

20.9

4.91E-04 7.70E-

04 9.75E-

01

51.3 51.3

49.1

42.2

39.5

37.8

21.6

21.2

20.9

4.91E-04 7.70E-

04 9.69E-

01

Textil Lana animal

50 49.8 48.

5 42 39.

6 38.

2 20.

9 20.

6 20.

5

4.91E-04 9.30E-

04 1.10E+0

0

1.08E+00 50.9 50.7

49.2

42.3

39.9

38.4 21

20.7

20.5

4.91E-04 9.30E-

04 1.09E+0

0

51.9 51.6 50

42.8

40.2

38.7

20.9

20.7

20.5

4.91E-04 9.30E-

04 1.06E+0

0

107




108




Anexo C: Ensayo de conductividad eléctrica

ag nw R(ohm) L(m) A(m^2) ρ(ohm·m) σ(S/m) σmed(S/m)

Fieltro

4.00E+06 1.00E-02 7.85E-07 3.14E+02 3.18E-03

3.71E-03

3.60E+06 1.00E-02 7.85E-07 2.83E+02 3.54E-03

2.90E+06 1.00E-02 7.85E-07 2.28E+02 4.39E-03

papel

1.33E+07 1.00E-02 7.85E-07 1.04E+03 9.58E-04

9.94E-04

1.00E+07 1.00E-02 7.85E-07 7.85E+02 1.27E-03

1.70E+07 1.00E-02 7.85E-07 1.33E+03 7.49E-04

Vaquero

1

1.70E+02 1.00E-02 7.85E-07 1.33E-02 7.49E+01

8.48E+01

1.36E+02

9.70E+01 1.00E-02 7.85E-07 7.61E-03 1.31E+02

2.64E+02 1.00E-02 7.85E-07 2.07E-02 4.83E+01

2

1.98E+03 1.00E-02 7.85E-07 1.55E-01 6.44E+00

2.15E+00

8.00E+06 1.00E-02 7.85E-07 6.28E+02 1.59E-03

1.00E+07 1.00E-02 7.85E-07 7.85E+02 1.27E-03

3

1.30E+06 1.00E-02 7.85E-07 1.02E+02 9.80E-03

1.05E-02

1.40E+06 1.00E-02 7.85E-07 1.10E+02 9.10E-03

1.00E+06 1.00E-02 7.85E-07 7.85E+01 1.27E-02

4

3.30E+01 1.00E-02 7.85E-07 2.59E-03 3.86E+02

4.58E+02

4.00E+01 1.00E-02 7.85E-07 3.14E-03 3.18E+02

1.90E+01 1.00E-02 7.85E-07 1.49E-03 6.70E+02

109




110




Anexo D: Caracterización del condensador

Condensador flexible de nanocables de plata

Frecuencia [Hz] Cs[pF] Rs[Ohm]

1 100.000 164.6460 4,56628M

2 268555.705 58.9300 784.145

3 537011.409 57.4164 380.29

4 805467.114 56.6292 262.82

5 1073922.819 56.1138 208.455

6 1342378.523 55.7123 177.17

7 1610834.228 55.4927 157.08

8 1879289.933 55.2709 143.467

9 2147745.638 55.0774 133.155

10 2416201.342 54.9308 125.772

11 2684657.047 54.7876 119.349

12 2953112.752 54.6859 114.724

13 3221568.456 54.5821 110.785

14 3490024.161 54.5061 107.255

15 3758479.866 54.4344 104.541

16 4026935.570 54.3658 102.14

17 4295391.275 54.3309 99.888

18 4563846.980 54.2820 98.2334

19 4832302.685 54.2539 96.5062

20 5100578.389 54.2233 95.0552

21 5369214.094 54.2027 93.8061

22 5637669.799 54.1810 92.602

23 5906125.503 54.1684 91.6024

24 6174581.208 54.1740 90.516

25 6443036.913 54.1817 89.6945

26 6711492.617 54.1838 88.8485

27 6979948.322 54.1992 88.1251

28 7248404.026 54.2123 87.4644

29 7516859.731 54.2473 86.8761

30 7785315.435 54.2703 86.2544

31 8053771.140 54.2989 85.7242

32 8322226.844 54.3386 85.2384

33 8590682.549 54.3825 84.771

34 8859138.253 54.4379 84.2923

35 9127593.958 54.4845 83.87

36 9396049.662 54.5427 83.4426

37 9664505.367 54.6059 83.0785

111




38 9932961.071 54.6773 82.7522

39 10201416.776 54.7571 82.35

40 10469872.480 54.8283 82.0701

41 10738328.185 54.9420 81.7965

42 11006783.889 54.9973 81.5035

43 11275239.594 55.0932 80.1066

44 11543695.298 55.1958 79.7713

45 11812151.003 55.2944 79.4943

46 12080606.707 55.4069 79.2776

47 12349062.412 55.5192 79.0343

48 12617518.116 55.6297 79.4569

49 12885973.821 55.7820 79.2047

50 13154429.525 55.9177 78.9865

51 13422885.230 56.0505 78.7772

52 13691340.934 56.1462 78.6634

53 13959796.639 56.3341 78.4423

54 14228252.343 56.4511 78.1795

55 14496708.048 56.6153 77.9794

56 14765163.752 56.7607 77.8192

57 15033619.457 56.9230 77.6651

58 15302075.161 57.0778 77.5321

59 15570530.866 57.2601 77.3872

60 15838986.570 57.4480 77.1895

61 16107442.275 57.6136 76.9846

62 16375897.979 57.7850 76.8553

63 16644353.684 57.9748 76.7287

64 16912809.388 58.1747 76.4992

65 17181265.093 58.3543 76.3867

66 17449720.797 58.5639 76.2248

67 17718176.502 58.8139 76.067

68 17986632.206 59.0000 75.9345

69 18255087.911 59.2177 75.7732

70 18523543.615 59.4666 75.6663

71 18791999.320 59.7112 75.4992

72 19060455.024 59.9707 75.367

73 19328910.729 60.1991 75.2555

74 19597366.433 60.4723 75.0882

75 19865822.138 60.7221 74.9793

76 20134277.842 61.0166 74.8452

77 20402733.547 61.2909 74.7329

78 20671189.251 61.5628 74.6058

79 20939644.956 61.8573 74.4632

80 21208100.660 62.1660 74.6774

112




81 21476556.365 62.4907 74.2306

82 21745012.069 62.7939 74.1554

83 22013467.774 63.1225 74.0317

84 22281923.478 63.4365 73.9175

85 22550379.183 63.7782 73.8771

86 22818834.887 64.1142 73.7942

87 23087290.592 64.4672 73.6837

88 23355746.296 64.8367 73.5323

89 23624202.001 65.1895 73.5015

90 23892657.705 65.5648 73.3906

91 24161113.410 65.9666 73.2911

92 24429569.114 66.3548 73.2067

93 24698024.819 66.7416 73.0892

94 24966480.523 67.1609 72.9983

95 25234936.228 67.5791 72.9321

96 25503391.932 68.0111 72.8325

97 25771847.637 68.4363 72.7347

98 26040303.341 68.9074 72.6764

99 26308759.046 69.3582 72.5966

100 26577214.750 69.8480 72.4934

101 26845670.455 70.3270 72.4057

102 27114126.159 70.8127 72.3259

103 27382581.864 71.3127 72.237

104 27651037.568 71.8524 72.1316

105 27919493.273 72.3939 72.084

106 28187948.977 72.8976 72.2629

107 28456404.682 73.4482 72.202

108 28724860.386 74.0359 72.1291

109 28993316.091 74.6096 72.0342

110 29261771.795 75.1754 71.9899

111 29530227.500 75.8237 71.8833

112 29798683.204 76.4561 71.8358

113 30067138.909 77.1206 71.7295

114 30335594.613 77.7971 71.637

115 30604050.318 78.4665 71.5967

116 30872506.022 79.2090 71.5083

117 31140961.727 79.9245 71.4506

118 31409417.431 80.6842 71.631

119 31677873.136 81.4679 71.2856

120 31946328.840 82.2648 71.219

121 32214784.545 83.0553 71.1393

122 32483240.249 83.9334 71.0919

123 32751695.954 84.7717 71.024

113




124 33020151.658 85.6778 70.9574

125 33288607.363 86.6076 70.862

126 33557063.067 87.5393 70.8073

127 33825518.772 88.5147 70.7486

128 34093974.476 89.5495 70.7111

129 34362430.181 90.5948 70.6335

130 34630885.885 91.6773 70.5758

131 34899341.590 92.8231 70.4958

132 35167797.294 93.9711 70.4168

133 35436252.999 95.1649 70.3695

134 35704708.703 96.3396 70.3123

135 35973164.408 97.6541 70.231

136 36241620.112 98.9748 70.1791

137 36510075.817 100.3480 70.116

138 36778531.521 101.7262 70.0533

139 37046987.226 103.2720 69.9916

140 37315442.930 104.7910 69.9051

141 37583898.635 106.4010 69.8674

142 37852354.339 108.0320 69.7953

143 38120810.044 109.7020 69.7233

144 38389265.748 111.5580 69.6721

145 38657721.453 113.3730 69.6023

146 38926177.157 115.3840 69.5161

147 39194632.862 117.3600 69.4565

148 39463088.566 119.3540 69.4154

149 39731544.271 121.6090 69.311

150 39999999.975 123.9090 69.2537

114




Condensador electrolítico comercial

Frecuencia [Hz] Cs[F] Rs[Ohm]

1 100.000 8.6291E-07 36.2089

2 268555.705 5.40043E-07 6.1253

3 537011.409 4.16095E-07 5.97076

4 805467.114 3.41615E-07 5.85939

5 1073922.819 2.98615E-07 5.76751

6 1342378.523 2.73592E-07 5.68632

7 1610834.228 2.6327E-07 5.6148

8 1879289.933 2.63392E-07 5.55008

9 2147745.638 2.76659E-07 5.49008

10 2416201.342 3.08794E-07 5.43389

11 2684657.047 3.72239E-07 5.38119

12 2953112.752 5.19747E-07 5.33125

13 3221568.456 1.04E-06 5.28503

14 3490024.161 -5.05E-06 5.24005

15 3758479.866 -6.3953E-07 5.19725

16 4026935.570 -3.18201E-07 5.15653

17 4295391.275 -2.01499E-07 5.11716

18 4563846.980 -1.42929E-07 5.07922

19 4832302.685 -1.08274E-07 5.04282

20 5100578.389 -8.52707E-08 5.00705

21 5369214.094 -6.93181E-08 4.97287

22 5637669.799 -5.7653E-08 4.93942

23 5906125.503 -4.87403E-08 4.90671

24 6174581.208 -4.18265E-08 4.87541

25 6443036.913 -3.63508E-08 4.84448

26 6711492.617 -3.18722E-08 4.8145

27 6979948.322 -2.81827E-08 4.78504

28 7248404.026 -2.51204E-08 4.7568

29 7516859.731 -2.25249E-08 4.72597

30 7785315.435 -2.03165E-08 4.70209

31 8053771.140 -1.84262E-08 4.67554

32 8322226.844 -1.67927E-08 4.65015

33 8590682.549 -1.53602E-08 4.62444

34 8859138.253 -1.41068E-08 4.60009

35 9127593.958 -1.3005E-08 4.57533

36 9396049.662 -1.20216E-08 4.55143

37 9664505.367 -1.11502E-08 4.5277

38 9932961.071 -1.03731E-08 4.50512

39 10201416.776 -9.6693E-09 4.48283

115




40 10469872.480 -9.03266E-09 4.45998

41 10738328.185 -8.46299E-09 4.43784

42 11006783.889 -7.94184E-09 4.41708

43 11275239.594 -7.7668E-09 4.39618

44 11543695.298 -7.03544E-09 4.37512

45 11812151.003 -6.63889E-09 4.35531

46 12080606.707 -6.2788E-09 4.33444

47 12349062.412 -5.94046E-09 4.31523

48 12617518.116 -5.6323E-09 4.29546

49 12885973.821 -5.34871E-09 4.27679

50 13154429.525 -5.08249E-09 4.25759

51 13422885.230 -4.83717E-09 4.23898

52 13691340.934 -4.60851E-09 4.22071

53 13959796.639 -4.39576E-09 4.20316

54 14228252.343 -4.19795E-09 4.18535

55 14496708.048 -4.01274E-09 4.16783

56 14765163.752 -3.83921E-09 4.15009

57 15033619.457 -3.67663E-09 4.13332

58 15302075.161 -3.52408E-09 4.11653

59 15570530.866 -3.38109E-09 4.10036

60 15838986.570 -3.24674E-09 4.08327

61 16107442.275 -3.11948E-09 4.06762

62 16375897.979 -2.99968E-09 4.05105

63 16644353.684 -2.88664E-09 4.03558

64 16912809.388 -2.77941E-09 4.0196

65 17181265.093 -2.6781E-09 4.00439

66 17449720.797 -2.58234E-09 3.98899

67 17718176.502 -2.49176E-09 3.97442

68 17986632.206 -2.40551E-09 3.95979

69 18255087.911 -2.32397E-09 3.94503

70 18523543.615 -2.24604E-09 3.93113

71 18791999.320 -2.17236E-09 3.91756

72 19060455.024 -2.10191E-09 3.90367

73 19328910.729 -2.03478E-09 3.89032

74 19597366.433 -1.97081E-09 3.87669

75 19865822.138 -1.91013E-09 3.86421

76 20134277.842 -1.85202E-09 3.85043

77 20402733.547 -1.79634E-09 3.83857

78 20671189.251 -1.74331E-09 3.82613

79 20939644.956 -1.69233E-09 3.81311

80 21208100.660 -1.64382E-09 3.80126

81 21476556.365 -1.59708E-09 3.78913

82 21745012.069 -1.55257E-09 3.77737

116




83 22013467.774 -1.50975E-09 3.76516

84 22281923.478 -1.46871E-09 3.75403

85 22550379.183 -1.42958E-09 3.74267

86 22818834.887 -1.39185E-09 3.73126

87 23087290.592 -1.35562E-09 3.7205

88 23355746.296 -1.32059E-09 3.70963

89 23624202.001 -1.28682E-09 3.69803

90 23892657.705 -1.25454E-09 3.68708

91 24161113.410 -1.22351E-09 3.67623

92 24429569.114 -1.19358E-09 3.66475

93 24698024.819 -1.16465E-09 3.6543

94 24966480.523 -1.13688E-09 3.64359

95 25234936.228 -1.10984E-09 3.63244

96 25503391.932 -1.08421E-09 3.62228

97 25771847.637 -1.05296E-09 3.61139

98 26040303.341 -1.03509E-09 3.60067

99 26308759.046 -1.01117E-09 3.5896

100 26577214.750 -9.89306E-10 3.57907

101 26845670.455 -9.67497E-10 3.56907

102 27114126.159 -9.46352E-10 3.55773

103 27382581.864 -9.26012E-10 3.547

104 27651037.568 -9.06268E-10 3.5357

105 27919493.273 -8.87138E-10 3.52548

106 28187948.977 -8.6858E-10 3.51402

107 28456404.682 -8.50669E-10 3.50394

108 28724860.386 -8.33247E-10 3.49341

109 28993316.091 -8.16398E-10 3.48264

110 29261771.795 -8.00052E-10 3.47239

111 29530227.500 -7.84216E-10 3.46206

112 29798683.204 -7.68772E-10 3.45146

113 30067138.909 -7.53838E-10 3.44093

114 30335594.613 -7.39265E-10 3.43103

115 30604050.318 -7.25143E-10 3.42064

116 30872506.022 -7.11504E-10 3.41042

117 31140961.727 -6.98238E-10 3.40036

118 31409417.431 -6.85316E-10 3.3901

119 31677873.136 -6.7269E-10 3.37992

120 31946328.840 -6.60513E-10 3.36965

121 32214784.545 -6.486E-10 3.36007

122 32483240.249 -6.37098E-10 3.35072

123 32751695.954 -6.25744E-10 3.34047

124 33020151.658 -6.14795E-10 3.33128

125 33288607.363 -6.04181E-10 3.32111

117




126 33557063.067 -5.93678E-10 3.31124

127 33825518.772 -5.83483E-10 3.30151

128 34093974.476 -5.73605E-10 3.29182

129 34362430.181 -5.63951E-10 3.28213

130 34630885.885 -5.54609E-10 3.27201

131 34899341.590 -5.45438E-10 3.26215

132 35167797.294 -5.36547E-10 3.25315

133 35436252.999 -5.27289E-10 3.24365

134 35704708.703 -5.19346E-10 3.23434

135 35973164.408 -5.11055E-10 3.22485

136 36241620.112 -5.02961E-10 3.21548

137 36510075.817 -4.9504E-10 3.20626

138 36778531.521 -4.87341E-10 3.19713

139 37046987.226 -4.79835E-10 3.18841

140 37315442.930 -4.72452E-10 3.17968

141 37583898.635 -4.6522E-10 3.1701

142 37852354.339 -4.58208E-10 3.16093

143 38120810.044 -4.51332E-10 3.15291

144 38389265.748 -4.44593E-10 3.14379

145 38657721.453 -4.38026E-10 3.13548

146 38926177.157 -4.31593E-10 3.12668

147 39194632.862 -4.25317E-10 3.11865

148 39463088.566 -4.19079E-10 3.10972

149 39731544.271 -4.13078E-10 3.10134

150 39999999.975 -4.0722E-10 3.09251

118




Dedicado:

A mi Abuelo Víctor

119




Agradecimientos:

A mis padres, a mis hermanos y a Nancy, por haberme dado la oportunidad de estudiar esta carrera, por su

apoyo constante sin el cual no habría podido llegar hasta aquí, por enseñarme mediante su ejemplo el valor

del esfuerzo, y tantas otras cosas que solo se aprenden en casa.

A D. Joaquín Tutor, por ofrecerme la oportunidad de trabajar con él, por sus aclaraciones, por compartir

conmigo su experiencia, y por el excelente trato humano que me ha ofrecido durante todo el año.

A Dña. Yolanda García y a D Juan Carlos del Real, por su ayuda y colaboración.

A Alba, Luis, María y al resto de estudiantes con los que tuve la suerte de compartir laboratorio, por su

ayuda inestimable en este proyecto.

A mis compañeros, Sara, Óscar, Edu, Nacho y tantos otros, por enseñarme el espíritu del compañerismo,

por las tardes de estudio y las sesiones de prácticas, sin ellos el paso por la universidad no habría sido igual.

A Sara y a Borja, que introdujeron en mí el sueño de llegar a ser ingeniero, por el apoyo mostrado, y por

sus consejos, que me recuerdan el valor de no rendirse nunca.

Al United Bubbles y a sus miembros, por enseñarme lo que significa ser la familia que se elige, y a que el

tiempo que disfrutas perdiendo no siempre está perdido.

CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ...óptimo de las nanopartículas de plata, sin embargo, en la...

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