Doctorado Facultad de Ciencias Físicas

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Híbridos de nanopartículas magnéticas funcionalizadas con diferentes agentes para la adsorción y remoción de metales pesados del agua
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2018) Ramos Guivar, Juan Adrián; Bustamante Domínguez, Ángel Guillermo
La investigación está basada en dos objetivos principales. El primero consiste en la comprension de la síntesis, funcionalizacion y explicación de los mécanismos de adsorcion que gobiernan en los sistemas conformados por nanopartículas (Nps) magnéticas, especialmente en nanopartículas de maghemita. Por lo cual, se ha usado la ruta de co-precipitacion química, debido a que es una ruta confiable y adecuada para aplicaciones en temas de remediación ambiental y del agua; ya que, la misma produce cantidades adecuadas en terminos de masa, es decir que es una ruta escalable. Además, las muestras estudiadas han sido caracterizadas de forma exhaustiva por el autor con el objetivo de estudiar en detalle las propiedades físico-químicas. Entre los resultados más sobresalientes, la formación de una fase poco común de maghemita con vacancias ordenadas usando ácido cítrico fue alcanzada, dicha fase no fue modificada cuando se coloco inmersa en una matriz de hidroxiapatita con el objetivo de lograr la funcionalización. Una investigación detallada usando los métodos de Le-Bail, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y Mossbauer mostraron que un ambiente hidratado formado por una interface de Fe-citrato jugo un rol significante en el mecanismo de funcionalización del nanocomposito, el cual adsorbió casi todo el Cu(II) en solución y completamente el Pb(II) en solución en un tiempo menor a 7 h. Los efectos físicos superficiales presentes en algunas muestras, tales como el efecto de exchange bias (EB) y vidrio de espín (spin glass) fueron estudiados por magnetometría DC y AC, donde se demostró que los grupos carboxílicos del acido etilendiamino-tetraacético (EDTA) suprime el efecto de no colinealidad del espín y el comportamiento EB, este efecto también fue explicado debido a la formacion de una capa antiferromagnética (AFM) proveniente de un hidróxido de Fe conocido como lepidocrocita. Un procedimiento de ajuste Mossbauer a diferentes temperaturas para nanopartículas presentando efectos de relajación superparamagnética y excitaciones magnéticas colectivas es también discutido. El diámetro promedio de los nanosistemas, diez muestras en total, se encuentra en el rango entre 3 a 17 nm en tamaño, el cual fue estimado del refinamiento Rietveld e Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Las nanopartículas revelaron alta estabilidad coloidal, la cual fue cuantificada por las medidas de potencial zeta mostrando que la ruta de coprecipitación fue mejorada por la funcionalización de las nanopartículas magneticas. A su vez, se mostró que las nanopartículas adsorben cantidades significativas de cobre y plomo. Siendo el último totalmente adsorbido por las diez muestras sin y con funcionalización de los diferentes agentes. El segundo objetivo reside en el desarrollo de un protocolo fácil de manejar, que sea ambientalmente seguro y barato para la adsorción y remoción de arsénico del agua. Por lo cual Nps puras de maghemita y nanocompositos binarios y tenarios hechos de estas Nps con dióxido de titanio (TiO2) y óxido de grafeno (GO) fueron sintetizados, caracterizados y aplicados en la adsorción de las especies inorgánicas de As, arsenito, As(III) y arseniato, As(V) de un ambiente acuoso. Las nanopartículas de maghemita mostraron una alta capacidad maxima de adsorción con valor de 83 mg/g para As(III) y 90 mg/g para As(V). Por lo tanto, las nanopartículas por sí solas poseen una remarcable capacidad de adsorción. Estos valores fueron ligeramente modificados cuando el TiO2 fue adicionado y una alta mejora en la capacidad de adsorción fue observada cuando el GO actuó como soporte incrementando de un valor de 83 mg/g a 110 mg/g para As(III) y de 90 a 127 mg/g para As(V), respectivamente. Ademas, los nanocompositos fueron rápidamente colectados con ayuda de una magneto permanente de Neodimio (Nd) en menos de 10 min. La capacidad de adsorción en función del pH fue evaluada y ayudó a explicar los mecánismos de adsorción de As. Los límites de cuantificación poseen valores por debajo de los establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA). Finalmente, recomiendo estos prototipos como adsorbentes de bajo costo con excelentes propiedades adsorbativas para cobre, plomo y arsénico, los cuales son metales pesados tóxicos que se encuentran comúnmente en sistemas acuosos.
Efectos del dopaje y la temperatura sobre las propiedades térmicas de hetero-estructuras de C/BN y su potencial uso como sensor ambiental del formaldehído
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2019) Cuba Supanta, Gustavo; Rojas Tapia, Justo Alcides; Landauro Sáenz, Carlos Vladimir
Se estudia la influencia del dopaje y de la temperatura sobre las propiedades físicas de hetero-estructuras hexagonales principalmente basadas en carbono y nitruro de boro tanto uni- y bi-dimensionales, este estudio se divide en tres partes. Por un lado, se estudia el efecto del dopaje de nitruro de boro en nanotubos de carbono armchair (6, 6) (hetero-nanotubos de nitruro de boro y carbono) sobre las propiedades del transporte cuántico de fonones y electrones, variando patrones de distribución y concentración de dopaje. Por otro lado, se estudia la forma como afecta la temperatura del sustrato sobre las propiedades del transporte térmico clásico en hetero-nanocintas de grafeno/nitruro de boro hexagonal y nitruro de boro hexagonal/grafeno, e influenciados por la asimetría estructural. Análogamente, también se estudia el efecto de la temperatura media y bias en hetero-nanocintas de grafeno/X (X=nitruro de boro hexagonal, carburo de silicio hexagonal, y grafeno hidrogenado), afectados por dos tipos de interfaces (zigzag y armchair). Por último, se estudia las propiedades electrónicas del proceso de adsorción de la molécula del Formaldehído (CH2O) sobre el sustrato de nitruro de boro hexagonal hidrogenado. Para ello, la metodología empleada en estos trabajos consistió en el uso de tres métodos computacionales; las funciones de Green fuera del equilibrio (NEGF) en combinación con el método de la teoría del funcional de la densidad basado en tight-binding (DFTB), dinámica molecular fuera del equilibrio (NEMD), y cálculos de la teoría del funcional de la densidad, respectivamente. Por un lado, los resultados respecto al efecto del dopaje sobre el transporte cuántico muestran que al aumentar la concentración del dopaje en los hetero-nanotubos de nitruro de boro y carbono armchair (6, 6), los coeficiente de transmisión fonónico y electrónico se reducen, este comportamiento ocurre a frecuencias altas y cerca de los bordes de la banda de valencia y conducción, respectivamente. Los patrones de distribución de dopaje helicoidal y horizontal permiten un transporte de fonones adecuados cuantificados en una alta conductancia de fonones a 300K. Todos los hetero-nanotubos de nitruro de boro y carbono armchair (6, 6) poseen un comportamiento semiconductor a diferencia del nanotubo de carbono armchair (6, 6) con un bandgap modulable respecto a la concentración de dopaje de nitruro de boro. Por otra parte, los resultados del efecto de la temperatura del sustrato sobre el transporte térmico clásico en las hetero-nanocintas muestran que existe una influencia que incrementa la rectificación térmica (>30 %) a temperaturas bajas (>300K) para el sustrato de Si(100), esto debido al acople fuerte tipo Van der waals entre el sustrato y la hetero-nanocinta de nitruro de boro hexagonal/grafeno. Además, la asimetría estructural tipo-T genera una rectificación térmica en sistemas puros y hetero-nanocintas de grafeno/nitruro de boro hexagonal y nitruro de boro hexagonal/grafeno, este efecto está relacionado con los cambios en el grado de localización de los modos vibracionales de frecuencias altas . Sin embargo, la resistencia térmica interfacial y la rectificación térmica se reducen con la temperatura media en las XIV hetero-nanocintas de grafeno/X, independientemente de la interface armchair o zigzag, debido a que el flujo térmico en direcciones opuestas llegan a ser similares a altas temperaturas. El efecto de la temperatura bias, en la curva J − α, determina que el fujo térmico tiene una preferencia marcada en la dirección de X al grafeno, observando el fenomeno de la resistencia térmica diferencial negativa en los sistemas de grafeno/nitruro de boro hexagonal y grafeno/grafano. Por último, la trayectoria de mínima energía, la densidad de estados total y la densidad de estados proyectada del proceso de adsorción muestran que la molécula formaldehído, CH2O, se quimisorbe sobre el sustrato de hBN hidrogenado con una energía de adsorción de 1.42eV mediante vacancias de hidrógeno en el átomo de B, donde también la distribución de densidad de espín y la transferencia de carga presentan evidencias de la existencia de una reacción en cadena de moléculas CH2O sobre el sustrato de nitruro de boro hexagonal.
El Universo de MCVITTIE y algunas soluciones cosmológicas
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2019) Villegas Silva, Fulgencio; Vargas Auccalla, Teófilo
Busca soluciones exactas para las ecuaciones de Einstein se ha desenvuelto en dos direcciones diferentes por un lado, el estudio de objetos masivos aislados cuyo campo gravitacional externo es modelado por soluciones asintóticamente planas (métrica de Schwarzschikl); y por otro lado, el estudio a gran escala del universo, en forma global, para predecir su evolución, origen y su destino final (métrica FLRW). Pero hay un tercer camino que trata de mantener estos dos aspectos juntos, se trata de la métrica de McVittie, la cual nos presenta la posibilidad de estudiar los sistemas locales influenciados por la evolución a gran escala del espacio en el que están inmersos. Motivados por este enfoque, realizamos un estudio de la métrica de McVittie en dos etapas. En la primera etapa, analizamos el espacio-tiempo de McVittie para una partícula cargada y a partir de ello, mediante una construcción matemática adecuada, introducimos la constante de Hubble. Posteriormente haciendo uso de las ecuaciones de campo de Einstein, se resuelve la ecuación de McVittie cargada con constante cosmológica negativa. En la segunda etapa, partimos del agujero de gusano atravesable de MorrisThorne, la función de desplazamiento al rojo se hace nula y se realiza un cambio de variable adecuado para la función de forma, se construye una métrica para un agujero de gusano atravesable en el universo de FLRW; posteriormente, se analiza el caso de un agujero de gusano más general, se utiliza la métrica de McVittie, donde el agujero de gusano está modelado por una delgada capa esférica que acrecenta el fluido de quinta esencia, finalmente, se encuentra la evuación dinámica de dicha capa delgada y el radio comoving de la misma.
Identificación temprana y evaluación de procesos de degradación de tierras y sequia empleando datos-imágenes de satélite
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2021) Aguilar Lome, Jaime; Rojas Acuña, Joel
En este trabajo se han analizado diferentes variables relacionadas con la sequía, degradación de tierras y cambios en la temperatura del suelo. Las variables meteorológicas como la temperatura del aire y la precipitación fueron proveídos por SENAMHI-Perú. Los productos de índice de vegetación de diferencia normalizada (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) cada 30 d´ıas y la temperatura de la superficie del suelo (Land Surface Temperature, LST) con base cada 8 días del sensor MODIS/Terra, ambos productos con 1 km de resolución espacial se obtuvieron del servidor USGS. Sin embargo, la presencia de datos ruidosos en la serie temporal del NDVI, causado principalmente por la contaminación de las nubes y la variabilidad atmosférica, puede generar resultados erróneos. Los métodos de iteración espacio-temporal y el filtro de Savitzky-Golay fueron empleados para reducir ruidos y reconstruir series temporales del NDVI de alta calidad. Mientras, los valores de la LST con errores mayores que 2 K fueron removidos al ser evaluados por su control de calidad. El índice de condición de la vegetación (Vegetation Condition Index, VCI) fue obtenida del índice de NDVI, para evaluar la ocurrencia de sequía en la sierra sur del Perú (ssP), durante el periodo 2000-2017. Asimismo, a partir de los registros históricos de precipitación mensual, se calculó el índice de precipitación estandarizado (Standardized Precipitation Index, SPI) para escalas temporales de 3 meses (SPI-3), durante el periodo 1985-2015. Se organizó la información en periodos de tres meses, correspondiente a la estación de crecimiento de los cultivos (diciembre, enero y febrero, DEF). Los resultados muestran que las mediciones de SPI-3 obtenidas de las estaciones meteorológicas localizadas en las subcuencas de Titicaca, Amazonas y Pacífico estuvieron moderadamente correlacionadas (r=0.63-0.85) con la anomalía del VCI. El análisis de la variabilidad espacial y temporal del VCI, muestra, que la sequía de 2015/2016 presenta el mayor porcentaje de condición extrema (15 %).
Generación y propagación de maremotos producido por una distribución de fuente sísmica
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2023) Jimenez Tintaya, Cesar Omar; Carbonel Huamán, Carlos Augusto Antonio; Villegas Lanza, Juan Carlos
Propone desarrollar una metodología para obtener la distribución de la fuente sísmica para sismos tsunamigénicos a partir de la inversión de formas de onda de tsunami y datos geodésicos. Se plantea las aplicaciones a eventos sísmicos y tsunamis que han afectado el litoral costero peruano. Por ejemplo, el sismo y tsunami de Lima de 1940 (8.0 Mw), el sismo y tsunami de Huacho de 1966 (8.1 Mw), a partir de la inversión de 3 registros mareográficos. El sismo y maremoto de Camaná de 2001 (8.4 Mw) a partir de la inversión combinada de datos mareográficos y geodésicos. El sismo y maremoto de Pisco 2007 (8.0 Mw), a partir de la inversión de datos mareográficos. El sismo y maremoto de Chile 2014 (8.1 Mw) a partir de la inversión combinada de datos mareográficos y geodésicos. Se enfatiza la aplicación de la prueba de confiabilidad para evaluar la resolución y el rango de aplicación de los métodos sísmicos, mareográfico y geodésico. Se ha implementado un procedimiento numérico para el pronóstico de parámetros del tsunami (máxima altura y tiempo de arribo) a partir de una base de datos de fuentes sísmicas unitarias pre-simuladas. Los resultados de esta investigación permitirán obtener la distribución de las asperezas (zonas de mayor liberación de energía sísmica), lo cual permitirá desarrollar planes de prevención, previsión y mitigación de desastres por fenómenos naturales.
Caracterización microestructural y mecánica de hierro consolidado a partir de escoria Siderúrgica
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2024) Espinoza Suárez, Silvia Marisel; Bustamante Dominguez, Ángel Guillermo
Esta tesis doctoral tiene como objetivo principal desarrollar y aplicar técnicas avanzadas de manufactura para el reciclaje de escoria siderúrgica en el contexto peruano, evaluando el impacto de la variabilidad en su composición química sobre la consistencia y calidad del acero producido. Asimismo, se analizan las implicaciones de estos efectos en el cumplimiento de normas internacionales y su potencial adopción en la industria siderúrgica. El proceso desarrollado comprende cuatro etapas clave: homogenización con molienda, reducción, inclusión de elementos y compactación/extrusión. Las piezas metálicas obtenidas fueron caracterizadas estructuralmente, identificándose el Fe-α como el componente predominante, con un 98% de fase Fe-α y un 2% de Fe³⁺, confirmado mediante difracción de rayos X y espectroscopía Mössbauer. Además, el análisis por microscopía electrónica de barrido permitió detectar la presencia de Si, Mn y C. Los ensayos mecánicos revelaron que las piezas fabricadas presentan un límite elástico de 236 MPa, un esfuerzo máximo cercano a 493 MPa y una deformación máxima del 27%, cumpliendo con los estándares internacionales de construcción. Asimismo, exhibieron un comportamiento plástico post-máximo notable, indicando una buena ductilidad. Este estudio valida la viabilidad del uso de escoria siderúrgica como materia prima en la producción de materiales metálicos para la construcción, proponiendo un proceso óptimo para su recuperación y reutilización. La investigación resalta la importancia de la innovación en procesos de reciclaje y su contribución al desarrollo sostenible, ofreciendo una solución práctica y efectiva para la industria siderúrgica peruana.

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