Search

Aquest document resum les activitats realitzades en el marc del projecte finançat pel Programa de Millora i Innovació docent de la UB, 2016PID-UB/008., Projecte: 2016PID-UB/008, El projecte ha estat la continuació de tres projectes desenvolupats en els respectius cursos anteriors (2012-13, 2013-14, 2014-15) i finançats per la Universidad del País Vasco i la Universitat Jaume I de Castelló, en els que s'havia treballat la implementació de la metodologia d'aprenentatge basat en projectes amb resultats molt satisfactoris. En els cursos anteriors es va implantar aquesta metodologia en diferents assignatures de l’àmbit de la Ciència dels Materials a cada universitat participant (Universidad del País Vasco (EHU), Universitat Jaume I de Castelló (UJI), Universitat de Barcelona (UB), Universidad de Málaga (UMA)), però cadascuna amb un perfil diferent d’estudiant (diferents enginyeries). En cada projecte es va escollir un objecte sobre el qual els estudiants havien de treballar: unes maquinetes d’afaitar, uns bastons per caminar i un pòdium, respectivament. Com l’objecte a estudiar en els darrers projectes va ser el mateix per a totes les universitats, es van poder comparar els resultats obtinguts en cadascuna d’elles en els diferents Wokshops IdM@ti que s’organitzen anualment, s’han presentat en diferents congressos i s’han publicat recentment. D’altra banda, l’origen dels estudiants és diferent, cadascun treballa en el disseny de l’objecte, la selecció de materials i processat, des de diferents punts de vista. Els alumnes de Disseny Industrial (UJI) fan un redisseny del producte; els d’Enginyeria Mecànica (EHU i UMA) estudien els antecedents i els requeriments mecànics; i els d’Enginyeria de Materials (UB) fan la selecció de materials per al nou disseny. En el present projecte finançat pel PMID s’han incorporat els alumnes de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), treballant la part de processat i obtenció del prototip. A més, el projecte actual pretén portar a terme un servei a la comunitat (ApS). Es va contactar amb el Maset de Frater, un centre especialitzat en persones amb limitacions funcionals severes ubicat al Grao de Castelló. El centre i, concretament els interns i el gabinet tècnic del centre, han actuat com a ens promotor i usuari final del producte objecte del treball durant els dos cursos que ha durat el projecte. En aquest sentit, els estudiants de les universitats participants han tingut la possibilitat de contactar i interactuar amb l’usuari final amb la finalitat de conèixer les seves limitacions i restriccions, de manera que el seu treball s’ha vist clarament reforçat de manera positiva., 2016PID-UB/008

La presente invención comprende un procedimiento para producir láminas de cobre con estructura cuasi-monocristalina, y un procedimiento de producción de grafeno de alta calidad utilizando dichas láminas de cobre como sustrato catalizador. También comprende una lámina de cobre para la producción de grafeno, obtenida por el procedimiento descrito en la presente invención, que presenta una estructura cuasi-monocristalina., La Farga Lacambra S.A.U., Consejo Superior de Investigaciones Científicas (España), A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica

El grupo de innovación docente GIDC E-PPM del Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica ha desarrollado una nueva herramienta para favorecer el autoaprendizaje y complementar el trabajo tutelado. El proyecto SAFMAT (Sala de Aprendizaje Flexible en Materiales) utiliza la plataforma Moodle y consiste en una serie de casos prácticos, clasificados por temática y grado de dificultad SAFMAT permite tanto el trabajo tutorizado como individual del alumno. La posibilidad de trabajar sin límite de tiempo y de forma remota permite al alumno profundizar y complementar los conocimientos adquiridos durante las clases teóricas y laboratorios de varias asignaturas de su currículum

The aim of this laboratory experiment, aimed at high school students, is to make a study on the characteristics of some samples of natural waters with different properties: pH, conductivity, presence of iron(III) and behavior with soap. In addition, the process of purifying water will be introduced to the students using some simple experiments in the laboratory.

[cat] La estereolitografia (SLA) és la primera de les tecnologies de fabricació additiva desenvolupada. Aquesta consisteix en la fotopolimerització d’una resina líquida per capes mitjançant la irradiació selectiva de l’àrea que formarà part de l’objecte 3D. Diferents tecnologies basades en SLA s’empraran en aquesta tesi doctoral. S’utilitzaran en el present treball dos equips diferents; un, basat en un sistema de projecció Digital Light Processing (DLP), i un segon, que utilitza una font de LEDs UV i un sistema d’emmascarat per pantalla Liquid-Crystal Display (LCD). La SLA, tot i ser una tecnologia desenvolupada per la fabricació d’objectes a partir de polímers fotosensibles, s’utilitza també per l’obtenció de materials compostos i ceràmics. La metodologia és a nivell teòric senzilla; utilitzar una suspensió estable de partícules embegudes en una matriu polimèrica fotosensible. En el cas dels materials compostos, s’obté directament la peça final. Per peces ceràmiques, s’utilitzen suspensions molt més concentrades i la resina com aglomerant, que després s’eliminarà en tractaments tèrmics posteriors, obtenint així la peça ceràmica final. Tot i això, existeixen problemàtiques habituals associades a la tecnologia. La SLA requereix de suspensions molt fluides, que permetin un bon anivellament de la suspensió i el correcte flux d’aquesta. Per contra, el processat ceràmic necessita de suspensions amb concentracions molt elevades per assegurar una correcta densificació de la peça i evitar l’aparició de defectes. En aquest treball s’ha utilitzat la incorporació de PEG 200 com a diluent no reactiu per millorar l‘eliminació de la part orgànica. S’ha aconseguit una suspensió estable al 77,5 % d’alúmina en pes, imprimible per SLA-DLP i que pot ser tractada tèrmicament per l’obtenció de peces ceràmiques sense esquerdes amb velocitats d’escalfament més ràpides de les habituals. Pel que fa al desenvolupament de materials compostos, l’interès es genera a causa de les baixes propietats mecàniques que presenten les resines acríliques. Aquesta falta de propietats en limita un ús més generalitzat. L’objectiu d’aquesta tesi en aquet sentit és formular i caracteritzar diferents suspensions ceràmiques d’alúmina poc concentrades en partícules, per obtenir materials compostos amb propietats millorades respecte la resina base. Per tal de determinar l’efecte únicament de l’addició de partícules i no en el grau de curat, s’ha emprat un model matemàtic de fotopolimerització frontal per predir el temps d’exposició necessari per cada tinta. El model ha funcionat correctament pel sistema d’impressió per SLA-DLP, però no pel sistema SLA-LCD. Un dels punts clau ha estat la formulació de suspensions suficientment estables per utilitzar-se com a tintes per la impressió de compòsits. Per fer-ho, s'han estudiat diferents sistemes dispersants en funció de la resina base i el tipus de partícula emprada. S’han obtingut suspensions de diferents alúmines amb una concentració màxima del 15 % en pes de pols ceràmica, que presenten mòduls elàstic superiors a la resina base en el rang entre el 5 i el 10 % d’alúmina. Les millores són més notables en les provetes fabricades mitjançant l’equip SLA-DLP, passant de 220 MPa per la resina base a 600 MPa per les provetes reforçades amb un 10 % d’alúmina, que per les provetes fabricades amb l’equip SLA-LCD, que s’aconsegueix un augment de 750 MPa per la resina base fins 890 MPa de mòdul elàstic màxim per les provetes reforçades amb un 5 % d’alúmina. Addicionalment, s’han estudiat sistemes duals epòxid-acrílic com a resina base per la incorporació de partícules de reforç. Aquests sistemes presenten un curat tèrmic addicional a la fotopolimerització inicial, que en millora la rigidesa, augmentant el mòdul elàstic final. Les resines híbrides impreses arriben a mòduls elàstics de 2 GPa., [eng] Stereolithography (SLA) consists of the photopolymerization of a liquid resin in layers through the selective irradiation of the area that will form part of the 3D object. Two technologies based on SLA are used in this thesis; SLA based on a Digital Light Processing (DLP) projection system, and a second, which uses a UV LED source and a Liquid-Crystal Display (LCD) masking system. Despite SLA has been developed for printing objects from photosensitive polymers, it is also used to obtain composite and ceramic materials. In the case of composite materials, the final piece is obtained directly. For ceramic materials, much more concentrated suspensions are required. The polymer acts as a binder, which will be removed during the debinding and sintering process, to obtain the final ceramic piece. However, there are some difficulties associated with this technology. The SLA requires very fluid suspensions, which allow a good levelling and correct flow of the suspension. On the contrary, ceramic processing needs suspensions with very high concentrations to ensure correct densification of the piece and avoid cracks. In this work, the incorporation of PEG 200 has been used as a non-reactive diluent to improve the removal of the organic part. A stable suspension of 77.5% alumina by weight has been achieved, printable by SLA-DLP and which can be thermally treated to obtain a ceramic piece with faster heating rates than usual. Regarding the development of composite materials, the great interest in this field is generated due to the low mechanical properties presented by acrylic resins. This lack of properties limits their widespread use. In this sense, the objective of this thesis is to formulate and characterize different alumina ceramic suspensions with little concentration in particles, to obtain composite materials with improved properties compared to the base resin. Suspensions of different alumina have been obtained with a maximum concentration of 15% by weight of ceramic powder, which have higher elastic moduli than base resin in the range between 5 and 10% alumina. Additionally, dual epoxy-acrylic systems have been studied as base resin for the incorporation of reinforcement particles.

Treballs Finals de Grau de Química, Facultat de Química, Universitat de Barcelona, Any: 2021, Tutors: Elena Xuriguera Martin, Oscar Castaño Linares, Nowadays one of the main causes of death is cardiovascular diseases, principally cardiac failure or myocardial infarction. As a result of these health disorders, scientists, especially those who specialize in bioengineering and tissue engineering, have carried out research to improve the lives of patients that suffer from heart problems. In recent years, various therapeutic strategies have been proposed to put an end to these illnesses. Their objective is a full recovery of the cardiac cells and at the same time attempting to avoid the dangerous surgeries. 2011 saw the appearance of hydrogels which are capable of creating an environment rich in lactate, suitable for the regeneration of these cells. These hydrogels are formed from the micelle mixture of two enantiomeric triblock copolymers, PLLA-PEG-PLLA and PDLA-PEG-PDLA. The stereo mixture of these copolymers displays some interesting characteristics such as biodegradable and biocompatible scaffolds, a high water-content, and mechanical features which are similar to soft muscle; these help to meet the desired need. In addition, these hydrogels exhibit a controllable sol-to-gel transition at a wide temperature range of 15-100˚C; hence, a transition to gel at body temperature can be achieved. Consequently, the principal objective of this work is to achieve the synthesis of the triblock and the micelles by applying a temperature ramp to obtain the gel. A subsequent characterization of this gel is done by performing NMR and DLS, in order to obtain information that can further understand of its characteristics and its potential therapeutic use in the near future

Treballs Finals de Grau d'Enginyeria de Materials, Facultat de Química, Universitat de Barcelona, Any: 2020, Tutora: Elena Xuriguera Martin, Additive manufacturing (AM) refers to a series of techniques in which, in contrast to traditional manufacturing techniques, the final pieces are achieved by adding material instead of subtracting it. These technologies have been developing for more than 25 years and they are also referred to as Rapid Prototyping, Freeform Fabrication, Layered Manufacturing, 3D Printing and others, being all synonyms. By using these techniques, complex shapes can be produced with practically any material, allowing virtually infinite applications for AM techniques. The way the material is added depends on the specific technique used. Each one has its own characteristics, advantages and limitations. Extrusion processes are the most common ones among AM. To form final pieces with these processes, the material is forced through a nozzle and deposited creating a three dimensional matrix. The need of a post treatment also depends on the technique. Nevertheless, all AM processes produce final or near-final pieces. This work aims to study the possibility of formulating sodium borosilicate glass (NBS) inks for Direct Ink Writing (DIW), an extrusion based AM technique. DIW ceramic inks are highly viscous solutions with specific rheological properties that let them retain its shape after being extruded. These inks are commonly a mixture of ceramic powders and a rheological agent, however, it is also possible to mix ceramic precursors with rheological agents to formulate them. Specifically in the synthesis of silica and silica derivate glasses, the ceramic powder method is the most utilized. In contrast, little information can be found for the ceramic precursors approach. Therefore, a first approach to produce NBS glass from precursors has been studied. Sol-gel method was used as the route to produce NBS glass from precursors. Addition of a poloxamer (Pluronic-F127) was explored to achieve the rheological behaviour desired and different inks where formulated. The rheological properties of the inks formulated were characterized, being the most suitable ones printed and sintered to verify the feasibility of the process developed. Finally, a series of characterization techniques where proposed to fully determine the properties of the material synthesized. Sol-gel method is suitable to form NBS glass from precursors and the optimizations explored gave positive results. Pluronic-F127 as rheological agent in combination with the NBS glass solution behaves as a pseudoplastic non-Newtonian fluid. The highest loaded printable ink is the formulation with a content of 75% PLU-F127 33% (w/w) + 25% NBS-12 by volume. Higher concentrations of NBS-12 cannot retain the given shape after printing. Altogether, is possible to produce printable NBS glass inks as a proof of concept. The sintered samples are unable to retain their given shape and the final appearance is not the expected one, however, the process developed does yield a final NBS glass piece

[eng] The main goal of this doctoral thesis is the development and optimization of inkjet- based technologies for hybrid electronic circuits manufacturing, as well contribute on the development of the incoming low cost electronics. Regarding that, a novel solution for connecting regular SMDs and standard silicon SMD packages by inkjet printing is proposed. The novel connecting method allows the assembling at very low temperatures, and thus assures the compatibility with the incoming substrates. Electrical contact resistance and shear strength measurements performed by silver nanoparticle- based ink are comparable to benchmark connecting materials. In sum up, flexible hybrid circuit is successfully manufactured by silver nanoparticle-based ink on paper, where different SMDs size-shaped are assembled demonstrating the reliability and feasibility of the proposed method. Another objective of the work is to apply and adapt the print-on-slope technique to assemble directly the silicon dies on PCB, proposing a novel strategy to overcome the drawbacks of the wire bonding in the Conductive AFM measurements. Then, a novel setup for conductive AFM mode 2D materials characterization was manufactured. The 2D connection on ramp-shape terminations gives a better functionality than current wire bonding connections. The AFM tip moves over the silicon die without physical obstruction, giving a unique solution at this novel method to characterize the material degradation. In the field of multilayer hybrid PCB manufacturing, the goal is to prove the potentiality of different metal-insulator-metal structures inkjet-printed and evaluate their reliability and the electrical performance for low cost multilayer circuit based on paper substrate. In the light of the results, heterogeneous structures combining inorganic and organic dielectric material, where PVP fills the inorganic cracks and voids, possess a similar and outstanding feasibility in both paper and glass substrate without short-circuits. The greatest achievement of this work is the development and optimization of a novel capillarity-assisted SMD assembling method for the manufacturing of hybrid circuits inkjet-printed. In addition, taking advantage of print-on-slope technique, direct assembling of silicon die integrated circuits to PCB is successfully applied. Moreover, heterogeneous structures inkjet-printed open new solutions for multilayer hybrid circuits., [cat] L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral és el desenvolupament i l’optimització de tecnologies basades en injecció de tinta per a la fabricació de circuits electrònics híbrids, així com contribuir al desenvolupament de l’electrònica de baix cost. Es proposa una nova solució per connectar els dispositius de muntatge superficial (SMDs) mitjançant impressió de tinta amb càrrega de nanopartícules de plata. El nou mètode de soldadura permet fer la connexió a temperatures molt baixes i, per tant, assegura la compatibilitat amb els substrats tèrmicament menys resistents. Les mesures elèctriques de resistència de contacte i les mesures mecàniques de resistència de cisalla obtingudes són comparables a als obtinguts amb materials de connexió convencionals. En definitiva, s’ha aconseguit fabricar circuits hídrids flexibles amb èxit mitjançant tinta basada en nanopartícules de plata sobre paper, on diferents dimensions de SMDs han estat soldats, la qual cosa demostra la fiabilitat i la viabilitat del mètode proposat. Un altre dels objectius del treball és aplicar i adaptar la tècnica d'impressió mitjançant rampes per muntar directament microelectrònica sobre circuits impresos. Mitjançant aquesta tècnica, s’han superat els inconvenients provocats per les unions de fil d’or al realitzar mesures conductives mitjançant AFM. Així, s’ha utilitzat una nova estratègia per a la caracterització de materials 2D mitjançant la tècnica de CAFM. Les connexions 2D proporcionen una millor funcionalitat que les connexions actuals mitjançant fils. De fet, la punta AFM es mou sobre la mostra de silici sense obstrucció física, donant una solució única en aquest mètode per caracteritzar la degradació del material. En el camp de la fabricació de PCB híbrida multicapa, l'objectiu és provar la potencialitat de diferents estructures metall-aïllant-metall impreses mitjançant inkjet i avaluar la seva fiabilitat i les propietats elèctriques per a un circuit multicapa de baix cost basat en substrat de paper. A la vista dels resultats, les estructures heterogènies que combinen material dielèctric inorgànic i orgànic, on el PVP omple les esquerdes i els buits de les capes de material inorgànic, presenten unes bones prestacions elèctriques i tenen una viabilitat similar tant en paper com en substrat de vidre sense curtcircuits. La fita més rellevant d’aquest treball és el desenvolupament i l’optimització d’un nou mètode de soldadura de SMDs mitjançant inkjet i assistit per capil·laritat. Aprofitant la tècnica d'impressió sobre rampes, s’ha aconseguit muntar directament circuits integrats de silici sobre PCBs. A més, les estructures heterogènies impreses per injecció de tinta obren noves solucions per a circuits híbrids multicapa.

[eng] This dissertation has the main goal of developing ceramic materials for Mask-Image- Projection-based Stereolithography (MIP-SLA) technology, focused on electronic applications. To accomplish this aim, a low temperature co-fired ceramic (LTCC) material was selected, mainly used for radio frequency applications. Moreover, the proof of concept of AM technology hybridization and multi-materials printing is also demonstrated, opening the door to new researchers in the field of 3D-2D printing electronic devices, from both the material and technology perspectives. To successfully achieve the main goal, the different steps of the whole process were successfully achieved, i.e, formulation of a LTCC photocurable suspension, its printability by MIP-SLA technology, and the post-thermal treatment of debinding and sintering. The photocurable LTCC suspension consists of ceramic particles dispersed in a suitable photocurable resin, which must polymerize in the visible light range, trapping the ceramic particles. The challenge of the development and optimization of a LTCC photocurable suspension for MIP-SLA with the appropriate rheological and photocurable behavior is accomplished in this work. The printed piece contains the polymeric part, which must be removed (debinding) and then sintered for the densification of the final ceramic piece. This is the most difficult and time- consuming step of the whole process. The so-called debinding is one of the most challenging steps of the SLA-based technology of ceramic materials. In this sense, a detailed study of the debinding process is carried out for a deeper understanding of the degradation of the resin during the thermal debinding. For this to happen, the optimization of the temperature rate and used atmosphere during the thermal treatment is also presented in this work. In fact, the analysis and understanding of thermal treatment parameters and their repercussion on the final results is the key to successfully achieving the main goal, which is to obtain final ceramic pieces without defects. The limits of the MIP-SLA printing process are presented, analyzing the resolution, fidelity of pattern transfer, and accuracy of the printing process using the optimized LTCC suspension. The involved phenomena during the photopolymerization such as light scattering, non- uniformities of the light projection along the building platform and shrinkage during the polymerization, are analyzed and optimized for a fruitful printing process. The greatest achievement of this work is the possibility of printing complex geometry with high resolution with a LTCC material, which has never been demonstrated before in the field of additive manufacturing. This is the beginning of new breakthroughs in multimaterial printing for electronic applications., [spa] El objetivo principal de la tesis doctoral es el desarrollo y optimización de una suspensión cerámica fotocurable para la fabricación aditiva mediante la tecnología Mask-Image- Projection-Based Stereolithography (MIP-SLA), y la obtención de piezas cerámicas finales. Durante el proceso de impresión, el fotopolímero reacciona con la luz proyectada atrapando las partículas cerámicas en su matriz, lo cual posibilita la impresión de piezas cerámicas en verde (matriz polimérica y partículas cerámicas). Después del proceso de impresión es necesario eliminar la parte orgánica y realizar la sinterización de la pieza para la obtención de la pieza cerámica final. El material cerámico seleccionado para la formulación de la suspensión fotocurables ha sido un cerámico de baja temperatura de co-sinterización (Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC), para aplicaciones electrónicas. Para el desarrollo de la suspensión fotocurable de LTCC se ha teniendo en cuenta su comportamiento reológico y sus propiedades de fotopolimerización adecuadas a la tecnología de impresión. Una vez optimizada la suspensión cerámica, se han analizado el proceso de impresión y se ha optimizado el ciclo térmico, tanto de la etapa de quemado del polímero (debinding) como del proceso de sinterización para la densificación de la pieza cerámica final. Se ha logrado una formulación adecuada a la tecnología, la cual ha permitido la impresión de piezas en verde y posterior debinding y sinterizado de las piezas con geometrías complejas. Se demuestra también la posibilidad de impresión de piezas cerámicas con circuitos impresos de plata, lo cual abre camino para el desarrollo de la impresión híbrida de multimateriales.

Treballs Finals de Grau de Química, Facultat de Química, Universitat de Barcelona, Any: 2019, Tutors: Elena Xuriguera, José Antonio Padilla, This Final Project has been divided into three sections. In the first section talks about the Learning Service approach, LS and scientific divulgation, as well as the methods of carrying it out, focusing specially on the audio-visual method (internet videos, blogs, TV shows, etc.), and important divulgators from our own nation and from abroad. The second section starts explaining the process of creating a survey with the objective of defining and understanding the needs of the public for who the Learning Service workshop will be conducted; whom in this case are high school students, hence the workshop would be adapted to their level of knowledge. After this, the second section talks about the process of creating such workshop, starting with the selection of the topic, going through all the ideas and suggestions that have been discarded, until reaching to the final design of the workshop. In the third section, the actual activities of the workshop are covered, focusing on presentations of metals such as copper, iron, gold and aluminium. In the first part of this section, the unifying thread is talked about, moving then to all the activities conducted for each one of these metals, giving some touches of their inherent properties