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El objetivo central de este proyecto es aprovechar las propiedades únicas de la celulosa bacteriana y mejorarlas mediante la incorporación de nanopartículas o nanomateriales. La síntesis de nanocompuestos estables que combinan las ventajas de la celulosa bacteriana con las propiedades particulares de las nanopartículas es una dirección prometedora de investigación. Estos nanocompuestos podrían exhibir propiedades mecánicas, ópticas, eléctricas o químicas mejoradas en comparación con la celulosa bacteriana pura, lo que aumentaría aún más su potencial de aplicación en diversas industrias.
Los biopolímeros de origen biológico como el almidón, la quitina, quitosano pueden ser utilizados para el desarrollo de nanopartículas presentando un gran potencial en aplicaciones biomédicas como el desarrollo de sistemas de liberación controlada de fármacos, actividad antibacteriana debido a su biocompatibilidad, biodegradabilidad y toxicidad mínima.Se emplean diversos métodos de síntesis como la nanoprecipitación, el método de microemulsión, la hidrólisis ácida, entre otras para el desarrollo de nanopartículas con diferentes formas como esféricas y ovaladas, cargas superficiales, y tamaños en un rango de 1 a 100 nm.
Este proyecto tiene como objetivo desarrollar electrolitos poliméricos mejorados para supercondensadores. Se busca aumentar la energía específica de los supercondensadores sin sacrificar su alta potencia y durabilidad. El electrolito, que es crucial para la transferencia de iones entre los electrodos y la corriente eléctrica, se convierte en el foco principal. Además, se explorará la posibilidad de reemplazar los electrolitos líquidos con electrolitos sólidos o en forma de gel, utilizando matrices poliméricas. Los electrolitos sólidos o en gel ofrecen ventajas en términos de seguridad y estabilidad al evitar fugas y encapsulamiento hermético.
Los puntos cuánticos presentan propiedades ópticas sintonizables únicas debido a su tamaño de escala nanométrica (~10 nm) por lo que son considerados como la tecnología más eficiente de emisión de luz. Tradicionalmente estos puntos cuánticos son manufacturados a partir de silicio, germanio o semiconductores compuestos incluyendo CdSe, PbSe, entre otros e involucrando reactivos contaminantes.
Recientemente, los investigadores han buscado alternativas más eco-amigables siendo los puntos cuánticos a base de carbono como una nueva clase de nanomateriales. Una de las fuentes más ricas de carbono son los polisacáridos como el almidón, quitosano, quitina, gelatina, alginato de sodio, carragenina, entre otros. La ventaja de estos polisacáridos, de además de tener carbono en su composición, presentan heteroátomos como oxígeno, nitrógeno, azufre.
Las propiedades ópticas de los puntos cuánticos de carbono como la fotoluminiscencia y el rendimiento cuántico se pueden modificar y sintonizar al incorporar en su superficie los heteroátomos mencionados. Se emplean diferentes métodos de síntesis, los cuales se encuentran clasificados en dos enfoques: top-down y bottom-up. El enfoque top-down consiste en descomponer un material hasta conseguir nanopartículas con dimensiones inferiores a los 10 nm, mientras que, el enfoque bottom-up emplea moléculas pequeñas.
Los métodos de carbonización como la electroquímica, ablación por láser, son clasificados en el enfoque top-down. Por otro lado, la carbonización hidrotermal, solvotermal, la síntesis asistida por microondas, pirólisis, ultrasonidos, entre otros son clasificados en el enfoque bottom-up. La optimización de los procesos de manufactura de puntos cuánticos de carbono con propiedades sintonizables permitirá que puedan ser usados en el desarrollo de nuevas pantallas de alta calidad y bajo consumo energético, así como sensores ópticos, electrocatálisis, entre otros.
Este proyecto busca aprovechar los materiales poliméricos derivados de fuentes biológicas para convertir el calor residual en electricidad utilizando el efecto Seebeck. El efecto Seebeck es un fenómeno físico en el que se genera una corriente eléctrica en un material conductor cuando existe un gradiente de temperatura a lo largo de él. El objetivo es mejorar la eficiencia de conversión de calor en electricidad utilizando una combinación de propiedades únicas de los biopolímeros y las propiedades conductoras de las nanopartículas.
El análisis de dinámica molecular es una potente técnica de caracterización de materiales que permite obtener una amplia gama de propiedades estructurales del material. En esta técnica se aplica un campo eléctrico a diferentes frecuencias y temperaturas, revelándose así diferentes cambios estructurales dentro del material. En el presente proyecto, se evaluarán compuestos basados en celulosa bacteriana para conocer su respuesta frente a este tipo de caracterizaciones mecánicas y de dinámica molecular.
El presente proyecto de tesis propone desarrollar nano-soportes de celulosa bacteriana para procesos de fotocatálisis con aplicación en la generación de hidrógeno verde. La celulosa bacteriana (BC) es un tipo de celulosa de alta pureza y cristalinidad, sintetizada por bacterias en forma de nanofibras (diámetro ~100nm). Los nano-soportes de BC permitirán incrementar la eficiencia de los fotocatalizadores comerciales, de esta manera, se optimizarán los procesos de fotocatálisis empleando nanoestructuras basadas en BC.
Las membranas de carbono son materiales carbonosos con una distribución de tamaño de poro en el rango de 3 a 5 Å y áreas superficiales en el rango de 250 a 400 m2/g. El tamaño de poro en dichas membranas puede ser usadas para separar gases (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, monóxido de carbono y los gases inertes) e hidrocarburos de cadena lineal y ramificada de bajo peso molecular. Las potenciales aplicaciones de las membranas de carbono a partir de celulosa bacteriana incluyen el campo de separadores de gas de gran eficiencia energética a gran escala.
Los puntos cuánticos (quantum dots) son considerados como la tecnología más eficiente de emisión de luz. Las propiedades únicas de los puntos cuánticos se deben a su reducido tamaño (~10 nm), lo que permite que sean aprovechados en términos de mayor luminosidad y pureza de los colores, obteniendo así una sobresaliente calidad de imagen. El presente tema de tesis propone obtener puntos cuánticos de carbono empleando polisacáridos obtenidos de fuentes del mar peruano como materia prima. Se evaluarán y optimizarán los parámetros del procesamiento para sintonizar las propiedades ópticas, morfológicas y fisicoquímicas de los puntos cuánticos.
Los compuestos activos encontrados en superfoods peruanos serán “cargados” en nanopartículas de polímeros naturales. La gran área superficial de estas nanopartículas permitirá incrementar su eficiencia de absorción. En el presente tema de tesis se desarrollarán diferentes procesos con el fin de optimizar la ruta de obtención de nanomateriales para la encapsulación de compuestos activos. Se evaluarán parámetros técnicos relacionados con las propiedades fisicoquímicas y morfológicas; así como, la eficiencia de carga y liberación servirán como para validar su uso.
Los nanogeneradores triboeléctricos (TENG) transforman vibraciones mecánicas en energía eléctrica con una potencia eléctrica del orden de 10-100 μW. Las aplicaciones actuales de los TENG abarcan su uso como fuente de energía para dispositivos portátiles y ligeros como sensores para aplicaciones en Internet de las cosas. En este proyecto de tesis se propone la fabricación de un prototipo de nanogenerador triboeléctrico a partir de biopolímeros y nanopartículas obtenidos de recursos naturales. Se evaluará el performance del prototipo mediante la caracterización de propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. Además, se realizarán pruebas de biodegradación para evaluar la desintegración del prototipo bajo condiciones controladas.
En la literatura científica se ha reportado que los biopolímeros (polímeros naturales) pueden ser usados para desarrollar materiales para aplicaciones en almacenamiento de energía. Los electrolitos sólidos biopoliméricos, que permiten el paso de iones para el almacenamiento de energía, son uno de los componentes más importantes en dispositivos modernos como baterías y supercapacitores flexibles. El presente proyecto tiene como objetivo principal optimizar las propiedades mecánicas y de conductividad de los electrolitos biopolímeros obtenidos a partir de biopolímeros que se obtienen de algas verdes del litoral peruano.
Los biopolímeros se pueden utilizar en la fabricación de geles con diversas aplicaciones en la industria médica, cosmética, de adhesivos, de alimentos, entre otras. Para determinar las potenciales aplicaciones industriales de los nuevos geles fabricados a partir de biopolímeros de algas (carragenina, ulvan) y bacterias (celulosa bacteriana) es necesario conocer su comportamiento mecánico ante la aplicación de esfuerzos y deformación. Dicha respuesta puede ser bastante compleja y alejada de un comportamiento lineal. Este proyecto tiene como objetivo determinar el comportamiento mecánico de los geles producidos a partir de biopolímeros ante diferentes condiciones de esfuerzo y deformación. Se buscará determinar si la respuesta de dichos geles puede ser modelada utilizando una ley constitutiva. La caracterización se llevará a cabo empleando un reómetro TA Instruments modelo HR-3, con el fin de establecer relaciones entre estructura y propiedades de los geles.
Los microplásticos son partículas de plástico menores a 5 mm y que se pueden encontrar en diferentes ecosistemas alterando el habitad de las especies con las cuales interactúan (MINAM). En el presente proyecto, se monitoreará y evaluará las propiedades de microplásticos recolectados en playas del litoral peruano. Las técnicas para estudiar a los microplásticos incluyen termogravimetría, microscopía, calorimetría y nanoindentación. Además, se analizará la interacción de los microplásticos con otros contaminantes que se encuentre en las zonas de recolección, así como el impacto sobre los ecosistemas acuáticos.
En este proyecto de tesis se propone la fabricación de un prototipo de almacenador de carga a partir de biopolímeros obtenidos de fuentes renovables. Los biopolímeros se usarán para fabricar diferentes partes de los almacenadores de carga, como separadores, soportes, electrolitos, ánodos y cátodos. Se evaluará el performance del prototipo mediante la caracterización de propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. Además, se realizarán pruebas de biodegradación para determinar el tiempo que requiere el prototipo en degradarse bajo condiciones controladas.
La celulosa es uno de los biopolímeros más abundantes que existe. Su capacidad de formar fibras y redes puede ser aprovechada para incorporar otros materiales y formar compuestos que tengan nuevas propiedades, diferentes a la de la celulosa pura. Al incorporar nanomateriales conductores, se pueden obtener materiales de celulosa conductores aprovechables en la fabricación de dispositivos electrónicos. Para este trabajo se busca desarrollar un proceso de manufactura que permita incorporar nano-objetos conductores en matrices de celulosa para obtener un nuevo nanocompuesto conductor que pueda ser usado en dispositivos electrónicos. Se evaluarán las propiedades finales de este material relevantes para la aplicación potencial, como son las propiedades mecánicas, térmicas y de conducción eléctrica.
El desarrollo de tecnologías para la generación de energía limpia es imprescindible para la lucha contra el cambio climático. Esto ha promovido el uso de energías renovables como la energía fotovoltaica, eólica, geotérmica, entre otras. Sin embargo, ninguna de estas formas de energía ha logrado por sí misma desplazar el uso de combustibles fósiles. Uno de los combustibles que ha mostrado potencial para ser usado en reemplazo de los combustibles fósiles es el hidrógeno verde que al ser quemado solo emite vapor de agua como subproducto. El presente proyecto se propone desarrollar compuestos usando una matriz biopolimérica reforzada por partículas de catalizadores comerciales (CdS, MoS2 y TiO2). Estos biocompuestos incrementarán la cantidad y duración de los sitios activos donde se lleva a cabo la hidrólisis del agua y, en consecuencia, la eficiencia fotocatalítica. Se evaluarán las propiedades finales del biocompuesto producido, incluyendo propiedades mecánicas, morfológicas y térmicas.