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TESIS DOCTORAL

Nuevos Materiales Nanocompuestos con Propiedades Eléctricas Especiales y Desarrollo de Nuevos Métodos de Caracterización: Nanopiezodeformación

Autor: Freddy Ariel Sánchez Ruiz

Director: Francisco Javier González Benito

DEPARTAMENTO DE CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES E INGENIERÍA QUÍMICA

Leganés, septiembre de 2015

TESIS DOCTORAL Nuevos Materiales Nanocompuestos con Propiedades Eléctricas Especiales y Desarrollo de Nuevos Métodos de Caracterización: Nanopiezodeformación

Autor: Freddy Ariel Sánchez Ruiz

Director: Francisco Javier González Benito

Firma del Tribunal Calificador:

Firma

Presidente: Dr. Gustavo González Gaitano Universidad de Navarra

Vocal: Dr. Juan Manuel Martínez Tarifa Univ. Carlos III de Madrid, España

Secretaria: Dra. Arantxa Eceiza Universidad del País Vasco

Calificación:

Leganés, a 25 de septiembre de 2015

Agradecimientos

Deseo agradecer a la Agencia de Cooperación Española para el Desarrollo (AECID), por haberme concedido la beca la cual ha permitido la realización de esta Tesis Doctoral.

De igual manera quiero agradecer a la Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua (UNAN-Managua) por la confianza y el apoyo que me ha brindado, en especial a la Rectora Ramona Rodríguez, al Vice-rector académico Hugo Gutiérrez y al decano de la Facultad de Ciencias Marlon Díaz.

Quiero expresar mi agradecimiento al Dr. Francisco Javier González Benito. Lo mejor que me pudo haber pasado durante este tiempo fue tener como tutor a Javier González Benito primeramente por sus valores personales, por su entrega en el trabajo, por su profesionalidad y porque siempre estuvo pendiente de mi bien estar. Muchas gracias de todo corazón Javier por todo tu apoyo, por tus consejos, porque además de ser mi director de tesis has sido como un padre para mí y he aprendido mucho de ti. Así como también le agradezco de una manera muy especial a los compañeros del grupo de materiales compuestos polímeros e interfaces en especial a Javier, Dania, Marta, Gustavo, Edwin, Jorge y Estela.

De igual forma quiero agradecer al Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química de la Universidad Carlos III De Madrid y al Instituto Tecnológico de Química y Materiales Álvaro Alonso Barba por haberme facilitado sus instalaciones y equipos para la realización de este trabajo de investigación.

A todas las personas de la Universidad Carlos III De Madrid que han contribuido de alguna forma a la realización de este trabajo: Javier, Dania, Cristina, Juan Manuel, Silvia Gallart

Un agradecimiento muy especial a mis padres, mi abuela, mi bisabuela, mis tíos Leyla y Santiago y sus espos@s Juan Carlos y Rosita, mi hermano Jelser, a don Armando y doña Martiza, especialmente a mi esposa Keren por su Amor y apoyo incondicional en todo momento, a todos mis amigos y en especial a: Javier González, Dania olmos, Hugo Gutiérrez, Marlon Díaz, Ernesto Cuadra, Gloria, Sandra Álvarez, Edwin Segura, Carol Paredes, Marta Redondo, Jorge, Vera, Maycoll, a mis compis latinas y españolas Cintia, Cristina, Mariu, Amaia, Belén, Gleydis, Karina y Carmen.

A las personas que más amo: mi esposa Keren, mi hijo, mis padres Gladys y Lorenzo, mis abuelas Bertha y Leonarda, mis dos tios Leyla y Santiago y mi hermano Jelser.

ÍNDICE

CAPÍTULO I. Introducción y Objetivos I.1. INTRODUCCIÓN I.2. OBJETIVOS CAPÍTULO II. Efecto de la presencia de partículas submicrométricas de Titanato de Bario sobre la Estructura, Morfología y Proceso de cristalización del Polifluoruro de Vinilideno II.1. INTRODUCCIÓN II.2. PARTE EXPERIMENTAL II.2.1. Materiales II.2.2 Preparación de las muestras II.2.3 Técnicas II.2.4 Consideraciones analíticas II.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN II.4. CONCLUSIONES CAPÍTULO III. Propiedades Térmicas y Mecánicas de materiales compuestos basados en Poli fluoruro de Vinilideno (PVDF) relleno de partículas submicrométricas de BaTiO3 y Nanotubos de Carbono de pared múltiple (CNT) III.1. INTRODUCCIÓN III.2. PARTE EXPERIMENTAL III.2.1 Materiales III.2.2. Preparación de las muestras III.2.3. Técnicas III.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN III.4. CONCLUSIÓNES CAPÍTULO IV. Seguimiento por Fluorescencia de la piezorespuesta de materiales compuestos basados en PVDF relleno con partículas de BaTiO3 y Nanotubos de Carbono IV.1. INTRODUCCIÓN IV.2 PARTE EXPERIMENTAL IV.2.1. Materiales IV.2.2. Preparación de las muestras IV.2.3. Técnicas IV.3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN IV.4 CONCLUSIONES CAPÍTULO V. Propiedades Dieléctricas y Piezoeléctricas de materiales compuestos ternarios de Poli(fluoruro de Vinilideno), Titanato de Bario y Nanotubos de Carbono (PVDF/BaTiO3/MWCNT) V.1. INTRODUCCIÓN V.2. PARTE EXPERIMENTAL V.2.1. Materiales V.2.2. Preparación de las muestras V.2.3 Técnicas V.3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN V.4. CONCLUSIONES

ÍNDICE

CAPÍTULO VI. Análisis morfológico por microscopia de fuerza atómica (AFM) de polifluoruro de vinilideno (PVDF) bajo la influencia de nanopartículas de Titanato de Bario (BaTiO3) y Nanotubos de Carbono (CNT) VI.1. INTRODUCCIÓN VI.2. PARTE EXPERIMENTAL VI.2.1. Materiales VI.2.2. Preparación de las muestras VI.2.3. Técnicas de análisis y caracterización VI.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN VI.4. CONCLUSIONES

RESUMEN

RESUMEN

En este trabajo se han diseñado, preparado y caracterizado nuevos materiales nanocompuestos con propiedades dieléctricas especiales. Materiales de alta constante dieléctrica con bajas pérdidas dieléctricas y piezoeléctricas. Para ello, se prepararon materiales nanocompuestos con dispersión óptima de nanopartículas mediante la utilización de molienda de Bolas de Alta Energía (HEBM). Los resultados obtenidos de una caracterización químico-física apropiada tanto del material en su conjunto como a escala interfacial se correlacionaron con las propiedades finales de los materiales (termo-mecánicas, eléctricas) para

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