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Nuevo método para la producción de nanofibras continuas : análisis experimental y aplicaciones

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Nuevo método para la producción de nanofibras continuas : análisis experimental y aplicaciones

Penide Duran, Joaquin
 
DATE : 2017-08-08
UNIVERSAL IDENTIFIER : http://hdl.handle.net/11093/784
UNESCO SUBJECT : 3312.08 Propiedades de Los Materiales ; 3308 Ingeniería y Tecnología del Medio Ambiente ; 3312.06 Vidrio
DOCUMENT TYPE : doctoralThesis

ABSTRACT :

El Fibrado Láser (Laser Spinning) se muestra como una técnica con un enorme potencial. Esta es una técnica para producir nanofibras de materiales que son muy difíciles o imposibles de fibrar por otros métodos. Permite formar una densa red de nanofibras en pocos minutos y puede ser adaptada para la producción industrial a gran escala. El Fibrado Láser ha sido desarrollado y patentado por el grupo de Aplicaciones Industriales de los Láseres de la Universidad de Vigo, grupo en el cual se pretende desarrollar la tesis cuyo proyecto se expone aquí. Esta técnica consiste, esencialmente, en la utilización de un láser de alta potencia para fundir y calentar a altas temperaturas un pequeño volumen del material precursor; al mismo tiempo, un chorro de gas supersónico incide sobre el volumen de material fundido produciendo unas tensiones de tracción que lo transforman en un filamento viscoso. La rápida elongación y enfriamiento de este filamento viscoso por el flujo de gas supersónico produce las nanofibras con estructura vítrea. En esta tesis se pretende desarrollar la nueva técnica de ... [+]
El Fibrado Láser (Laser Spinning) se muestra como una técnica con un enorme potencial. Esta es una técnica para producir nanofibras de materiales que son muy difíciles o imposibles de fibrar por otros métodos. Permite formar una densa red de nanofibras en pocos minutos y puede ser adaptada para la producción industrial a gran escala. El Fibrado Láser ha sido desarrollado y patentado por el grupo de Aplicaciones Industriales de los Láseres de la Universidad de Vigo, grupo en el cual se pretende desarrollar la tesis cuyo proyecto se expone aquí. Esta técnica consiste, esencialmente, en la utilización de un láser de alta potencia para fundir y calentar a altas temperaturas un pequeño volumen del material precursor; al mismo tiempo, un chorro de gas supersónico incide sobre el volumen de material fundido produciendo unas tensiones de tracción que lo transforman en un filamento viscoso. La rápida elongación y enfriamiento de este filamento viscoso por el flujo de gas supersónico produce las nanofibras con estructura vítrea. En esta tesis se pretende desarrollar la nueva técnica de Fibrado Láser Continuo, este proceso se produciría sobre un flujo uniforme de material precursor, lo que permitiría mantener las condiciones de operación estables y obtener una producción continua de nanofibras con mayor control de sus características. La composición de las nanofibras se podría ajustar a voluntad mediante la elección adecuada del material precursor. El material precursor en el Fibrado Láser Continuo se espera que pueda ser un sólido preformado o un flujo de material fundido obtenido de un crisol de fusión. Una de las aplicaciones más interesante de la técnica de Fibrado Láser Continuo sería la producción de filtros compuestos por nanofibras cerámicas para la adsorción de CO2. En vista de la imposibilidad real de reducir totalmente la producción de CO2, la Unión Europea ha apostado por la captura y el almacenamiento geológico de carbono como una tecnología de transición a medio plazo que contribuirá a mitigar el cambio climático. Este proceso consiste en captar el CO2 emitido por las instalaciones industriales y confinarlo en una formación geológica subterránea adecuada para su almacenamiento permanente. Una de las posibles técnicas de captura del CO2 consiste en utilizar filtros de adsorción en la salida de humos de industrias con una alta tasa de emisión con el objetivo de minimizarla. En particular, el ortosilicato de litio es el material que mejor rendimiento ha demostrado para la adsorción y desorción de CO2, sin embargo, existen otros materiales cerámicos susceptibles de ser utilizados para esta aplicación. El objetivo final del presente proyecto es el desarrollo de la técnica de Fibrado Láser Continuo mediante la transformación de la técnica de Fibrado Láser convencional para generar nanofibras cerámicas cuasicontinuas, lo que no se ha logrado con ninguna otra técnica hasta el momento. Este logro significaría un avance científico y tecnológico muy destacado que promete ampliar las posibilidades de aplicaciones tecnológicas de las nanofibras. Además, en este trabajo se pretende analizar y desarrollar la utilización de la técnica de Fibrado Láser Continuo para la producción de filtros de adsorción de CO2. Estos filtros estarían compuestos por nanofibras de cerámica tal como el ortosilicato de litio para su instalación en plantas industriales con alta tasa de emisión. [-]
 
Nesta tese preténdese desenrolar a nova técnica de Fibrado Láser Continuo, este proceso produciríase sobre un fluxo uniforme de material precursor, o que permitiría mante-las condicións de operación estables e obter unha produción continua de nanofibras con maior control das súas características. A composición das nanofibras poderíase axustar a vontade mediante a elección axeitada do material precursor. O material precursor no Fibrado Láser Continuo espérase que poida ser un sólido preformado ou un fluxo de material fundido obtido dun crisol de fusión. Unha das aplicacións máis interesantes da técnica de Fibrado Láser Continuo sería a produción de filtros compostos por nanofibras cerámicas para a adsorción de CO2. En vista da imposibilidade real de reducir totalmente a produción de CO2, a Unión Europea apostou pola captura e o almacenamento xeolóxico do carbono como unha tecnoloxía de transición a medio prazo que contribuirá a mitiga-lo cambio climático. Este proceso consiste en capta-lo CO2 emitido polas instalacións industriais e confinalo nunha formación xeolóxica subterránea ... [+]
Nesta tese preténdese desenrolar a nova técnica de Fibrado Láser Continuo, este proceso produciríase sobre un fluxo uniforme de material precursor, o que permitiría mante-las condicións de operación estables e obter unha produción continua de nanofibras con maior control das súas características. A composición das nanofibras poderíase axustar a vontade mediante a elección axeitada do material precursor. O material precursor no Fibrado Láser Continuo espérase que poida ser un sólido preformado ou un fluxo de material fundido obtido dun crisol de fusión. Unha das aplicacións máis interesantes da técnica de Fibrado Láser Continuo sería a produción de filtros compostos por nanofibras cerámicas para a adsorción de CO2. En vista da imposibilidade real de reducir totalmente a produción de CO2, a Unión Europea apostou pola captura e o almacenamento xeolóxico do carbono como unha tecnoloxía de transición a medio prazo que contribuirá a mitiga-lo cambio climático. Este proceso consiste en capta-lo CO2 emitido polas instalacións industriais e confinalo nunha formación xeolóxica subterránea axeitada para o seu almacenamento permanente. Unha das posibles técnicas de captura de CO2 consiste en utilizar filtros de adsorción na saída de fumes de industrias cunha alta taxa de emisión co obxecto de minimizala. En particular, o ortosilicato de litio é o material que mellor rendemento demostrou para a adsorción e desorción de CO2, sen embargo, existen outros materiais cerámicos susceptibles de ser empregados nesta aplicación. O obxectivo final do presente proxecto é o desenrolo da técnica de Fibrado Láser Continuo mediante a transformación da técnica de Fibrado Láser convencional para xerar nanofibras cerámicas cuasicontinuas, o cal non se logrou con ningunha outra técnica ata o de agora. Este logro significaría un avance científico e tecnolóxico moi destacado que promete amplia-las posibilidades e aplicacións tecnolóxicas das nanofibras. Ademais, neste traballo preténdese analizar e desenrola-la utilización da técnica de Fibrado Láser Continuo para a produción de filtros de adsorción de CO2. Estes filtros estarían compostos por nanofibras de cerámica tal como o ortosilicato de litio para a súa instalación en plantas industriais con alta taxa de emisión. [-]

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