Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales

Tesis ii

Asignatura situada en el quinto semestre de la trayectoria formativa. En la asignatura “Tesis II” el alumno realizará un trabajo de investigación bajo la tutela de un profesor del Programa. El trabajo estará relacionado y contribuirá al tema de la tesis de doctorado.

Tesis iii

Asignatura situada en el sexto semestre de la trayectoria formativa. En la asignatura “Tesis III” el alumno realizará un trabajo de investigación bajo la tutela de un profesor del Programa. El trabajo estará relacionado y contribuirá al tema de la tesis de doctorado.

Tesis iv

Asignatura situada en el séptimo semestre de la trayectoria formativa. En la asignatura “Tesis IV” el alumno realizará un trabajo de investigación bajo la tutela de un profesor del Programa. El trabajo estará relacionado y contribuirá al tema de la tesis de doctorado.

Tesis v

Asignatura situada en el octavo semestre de la trayectoria formativa. En la asignatura “Tesis V” el alumno realizará un trabajo de investigación bajo la tutela de un profesor del Programa. El trabajo estará relacionado y contribuirá al tema de la tesis de doctorado.

Nanomateriales para biosensores electroquímicos: fundamentos y aplicaciones

Este curso está orientado en comprender el uso de nanomateriales en el desarrollo de biosensores electroquímicos y las técnicas más comunes utilizadas para su caracterización. Se estudiará voltametría cíclica, voltametría de onda cuadrada, cronoamperometría y espectroscopía de impedancia electroquímica, con un enfoque aplicado a la detección de biomoléculas como, por ejemplo, detección y cuantificación de glucosa y en la identificación de patógenos. El avance en la fabricación de nanomateriales ha permitido mejorar significativamente las propiedades de los biosensores, incrementando su capacidad para adsorber biomoléculas y mejorar las señales electroquímicas. En particular, se abordará la fabricación de materiales nanoporosos mediante el autoensamblaje de polímeros de bloque con materiales sol-gel, una técnica que permite controlar las propiedades de los materiales a nivel nanométrico. La modificación de superficies de nanomateriales con biomoléculas es clave para asegurar una interacción eficiente entre el sensor y el analito, y para minimizar las interferencias en matrices complejas como fluidos biológicos. Se estudiarán diversas técnicas químicas para modificar las superficies de los sensores con diferentes biomoléculas. Además, se estudiarán los parámetros que determinan el rendimiento de los biosensores, como el límite de detección (LOD), el límite de cuantificación (LOQ), la sensibilidad y la especificidad. Estos parámetros son esenciales para la evaluación de los sensores en la detección y cuantificación de concentraciones de (bio)moléculas en diversos entornos. El curso también abordará ejemplos de aplicaciones comerciales y emergentes de los biosensores electroquímicos. La detección de glucosa será tratada de forma práctica, destacando el desarrollo de sensores comerciales portátiles que se utilizan en el manejo de la diabetes y para deportistas. Además, se presentarán los avances recientes en la detección de virus, lo que destaca el potencial de estas tecnologías para diagnósticos rápidos.

Celdas electroquímicas basadas en cerámicas protónicas: síntesis, manufactura y caracterización avanzada

Este curso profundiza en el campo de las celdas cerámicas protónicas (PCCs), con un enfoque en la síntesis de materiales, técnicas de manufactura y su aplicación en sistemas energéticos avanzados. Los estudiantes explorarán los fundamentos de las cerámicas conductoras de protones y se ofrecerá una comparación con tecnologías existentes como las celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) y las celdas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFCs). El módulo de síntesis cubrirá diversos métodos de síntesis, incluidos las reacciones en estado sólido y los procesos de síntesis vía húmeda, destacando su relevancia en la producción de polvos conductores de protones de alta calidad. Además, el curso introducirá herramientas avanzadas de caracterización de polvos, como análisis de tamaño de partículas, medición de área superficial, entre otros; para evaluar y optimizar los materiales sintetizados para un desempeño óptimo de las PCCs. En el módulo de manufactura, el curso abarcará la fabricación de celdas cerámicas protónicas en diseños tanto planos como tubulares, examinando los beneficios y desafíos asociados con cada configuración. El plan de estudios cubrirá pasos esenciales de manufactura, como la preparación de suspensiones, deposición y sinterización, y su impacto en la integridad estructural y la eficiencia electroquímica de la celda. Se pondrá un énfasis importante en la caracterización de las celdas cerámicas protónicas, destacando la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) como una herramienta crítica para evaluar el rendimiento. Los estudiantes aprenderán los fundamentos de la EIS, cómo interpretar gráficos de Nyquist y cómo diagnosticar problemas relacionados con la conductividad, la polarización de electrodos y la degradación. El curso también introducirá técnicas avanzadas de caracterización adicionales, como la difracción de rayos X (XRD), la microscopía electrónica de barrido (SEM) y el análisis térmico, proporcionando a los estudiantes un conjunto completo de herramientas para evaluar las propiedades estructurales, morfológicas y térmicas de los materiales utilizados en las PCCs.

Materiales de alto desempeño

Esta asignatura entrega al alumno conocimientos profundos sobre materiales demandados en condiciones exigentes para aplicaciones en diversas industrias tanto a nivel nacional como internacional. Ejemplo de estas industrias son petroquímica, minería, energía, celulosa, tratamientos de agua, automotriz y aeroespacial entre otras. El curso entrega conocimientos que abarcan mecanismos de daño asociados a materiales en condiciones exigentes, selección y modelación computacional de materiales, y cubre en detalle materiales de alto desempeño como superaleaciones, aleaciones de bajo peso, materiales compuestos, aleaciones de alta entropía, cermets intermetalicos, cerámicos de ingeniería y metales refractarios.

Materiales biobasados

Asignatura de especialización que presenta aspectos básicos y avanzados de la obtencion de materiales biobasados , su caracterización y aplicaciones emergentes en diferentes campos .

Biomateriales

Asignatura de especialización que presenta una exploración exhaustiva de los materiales diseñados para interactuar con sistemas biológicos. Desde implantes médicos hasta aplicaciones en ingeniería de tejidos, este curso proporciona una comprensión profunda de los principios que rigen la selección, diseño y aplicación de biomateriales en diversas disciplinas.

Bioelectroquimica

Asignatura centrada en el estudio de los principios y aplicaciones de la bioelectroquímica. Proporciona una visión integral de los procesos electroquímicos en sistemas biológicos y su aplicación en diversas áreas, como la biosensificación y la generación de energía a través de dispositivos bioelectroquímicos.

Materiales para energía

Asignatura de especialización que ofrece una exploración integral de los materiales utilizados en diversas aplicaciones energéticas, desde la transformación hasta el almacenamiento y conversión de energía. Los estudiantes obtendrán una comprensión profunda de los principios fundamentales y los desarrollos más recientes en el campo de los procesos de transformación energética y por tanto en los desarrollo necesarios para los materiales utilizados en este campo.

Transformaciones de fases avanzada

Esta asignatura entrega al alumno conocimientos avanzados sobre las transformaciones de fases. Una vez conocidos los fundamentos que rigen las transformaciones de fases, es posible controlarlas mediante modelos matemáticos, con el fin de desarrollar nuevos materiales.

Tribología

El estudiante desarrolla las competencias y comprensión de los conceptos básicos de la disciplina de tribología, sus aplicaciones y su importancia a nivel industrial, con énfasis en las propiedades superficiales, la mecánica de contacto, el roce entre componentes en movimiento relativo y la lubricación y sus tipos. La asignatura proporciona las herramientas al estudiante para que se interese en la disciplina y adquiera una herramienta complementaria a su formación profesional.

Tópicos especiales i

Asignatura de especialización diseñada para ofrecer a los estudiantes una mayor oferta programática, que les permitirá explorar en áreas especializadas y emergentes dentro del campo de los materiales de alto desempeño. A través de un enfoque multidisciplinario y práctico, los estudiantes desarrollarán habilidades críticas y aplicadas esenciales para el éxito en contextos profesionales y académicos. Generalmente, esta asignatura aborda temas especializados que pueden variar según la oferta académica y los intereses específicos de los estudiantes y profesores.

Tópicos especiales ii

Asignatura de especialización diseñada para ofrecer a los estudiantes una mayor oferta programática, que les permitirá explorar en áreas especializadas y emergentes dentro del campo de los materiales biobasados y biomateriales. A través de un enfoque multidisciplinario y práctico, los estudiantes desarrollarán habilidades críticas y aplicadas esenciales para el éxito en contextos profesionales y académicos. Generalmente, esta asignatura aborda temas especializados que pueden variar según la oferta académica y los intereses específicos de los estudiantes y profesores.

Fundamentos de celdas de combustible

Asignatura dedicada a profundizar los fundamentos termodinámicos, electroquímicos, cinéticos, térmicos y acondicionamiento eléctrico de las celdas de combustibles, además de las tecnologías actualmente utilizadas y su directa aplicación en el mercado del hidrógeno verde que se está desarrollando a nivel nacional y global.

Electroquímica aplicada

Asignatura electiva que brinda a los estudiantes los conocimientos teóricos y prácticos relacionados con los procesos electroquímicos de uso habitual en distintas áreas del quehacer humano. Durante el curso se presentan desde los conceptos fundamentales de las reacciones electroquímicas, la termodinámica y cinética involucrada, hasta las aplicaciones en distintas áreas, con un enfoque especial en la energía y el tratamiento de residuos.

Tópicos especiales iii

Asignatura de especialización diseñada para ofrecer a los estudiantes una mayor oferta programática, que les permitirá explorar en áreas especializadas y emergentes dentro del campo de los materiales para energía. A través de un enfoque multidisciplinario y práctico, los estudiantes desarrollarán habilidades críticas y aplicadas esenciales para el éxito en contextos profesionales y académicos. Generalmente, esta asignatura aborda temas especializados que pueden variar según la oferta académica y los intereses específicos de los estudiantes y profesores.

Materiales cerámicos

Hacer comprender al estudiante la fenomenología básica relacionada con los materiales cerámicos, tanto desde la perspectiva de la ciencia como de la ingeniería de éstos; de este modo al término del curso el estudiante poseerá los conocimientos sobre los principios fundamentales que se requieren tanto para el desarrollo de nuevos materiales cerámicos como para la ingeniería de procesos industriales relacionados con el tema.

Materiales compuestos

En este curso se da a conocer al estudiante el estado actual de la tecnología de procesado y manufactura de materiales compuestos, así como sus aplicaciones en diversos campos de la Ingeniería.

Materiales polimericos

Materiales poliméricos en un curso diseñado para brindar al estudiante un entendimiento general de los polímeros desde un punto de vista fisicoquímico. Su contenido está estructurado en la preparación y obtención de polímeros utilizando distintos métodos de síntesis así como el estudio de las propiedades más características de esta clase de materiales, además, éste suministra los fundamentos necesarios para comprender la transformación y el procesamiento de materiales polímeros y plásticos desde un punto un punto de vista estructural.

Nanotecnología

Este curso trata sobre el desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados y de procesos basados en la nanotecnología. Para dimensiones nanométricas aparecen en los materiales una serie de propiedades nuevas que permiten el desarrollo de dispositivos novedosos o la potenciación de ciertas prestaciones de dispositivos clásicos. El curso enfatiza en la comprensión de los principios que rigen la aparición de estas propiedades, así como en los desarrollos industriales que se vislumbran como fruto de la aplicación de estos principios.

Pulvimetalúrgia

La asignatura está orientada al estudio de los procesos de obtención, síntesis, desarrollo y fabricación de piezas mediante la metalurgia de polvos, “pulvimetalurgia”, utilizando como materia prima diferentes materiales metálicos, cerámicos y compuestos en forma de polvo, abordando los procesos de consolidación de polvos de aleaciones y compuestos en piezas y componentes, de acuerdo al extenso campo de aplicaciones industriales y manufactura actual de la pulvimetalurgia.

Materiales de alto desempeño

Esta asignatura entrega al alumno conocimientos profundos sobre materiales demandados en condiciones exigentes para aplicaciones en diversas industrias tanto a nivel nacional como internacional. Ejemplo de estas industrias son petroquímica, minería, energía, celulosa, tratamientos de agua, automotriz y aeroespacial entre otras. El curso entrega conocimientos que abarcan mecanismos de daño asociados a materiales en condiciones exigentes, selección y modelación computacional de materiales, y cubre en detalle materiales de alto desempeño como superaleaciones, aleaciones de bajo peso, materiales compuestos, aleaciones de alta entropía, cermets intermetalicos, cerámicos de ingeniería y metales refractarios. Esta asignatura tributa a las siguientes competencias del perfil del graduado: 1. Generar nuevos conocimientos científicos a través de desarrollo de investigación original, inter y multidisciplinaria, tanto básica como aplicada, en un contexto local o global, en el área de los materiales. 2. Resolver problemas complejos en el ámbito de la ciencia e ingeniería de materiales, generando soluciones de base tecnológica, a través del desarrollo y/o mejoramiento de nuevos materiales. 3. Comunicar en forma oral y escrita los resultados producto de sus trabajos de investigación, comprendiendo la importancia de esta comunicación y demostrando un conocimiento integral de los tópicos relacionados con el área de los materiales.

Biocombustibles, almacenamiento y conversión de energía

Esta asignatura ofrece una visión integral de la producción y utilización de biocombustibles, así como de las tecnologías avanzadas de almacenamiento y conversión energética. Los estudiantes explorarán las distintas fuentes de biomasa y los procesos de conversión para producir biocombustibles como biodiésel, bioetanol, biogás y otros. También se abordarán tecnologías como la pirólisis rápida y la producción de bio-oil, junto con los principios de diseño y operación de plantas de biogás. La segunda parte del curso se enfocará en las tecnologías de almacenamiento y conversión electroquímica de energía, tales como baterías, celdas de electrólisis y celdas de combustible. Se analizarán los materiales utilizados en estos sistemas, así como los avances recientes en capacidad, eficiencia y estabilidad.

Interfaces sólido - fluido

En esta asignatura se presentan los elementos más relevantes de las interfaces sólido-fluido y su aplicación en el área de la ingeniería de materiales para comprender la interacción entre un fluido y un material sólido desde una perspectiva tanto en la micro como en la macro escala y su relevancia en diversas áreas de interés científicas y tecnológicas.

Caracterización avanzada de biomasa en bioprocesos de agua: técnicas convencionales y técnicas ómicas

Curso orientado a la caracterización de biomasa en bioprocesos de tratamiento de aguas mediante técnicas convencionales y herramientas ómicas avanzadas, con énfasis en metagenómica y metaproteómica. Se abordarán métodos de muestreo, análisis bioinformático e interpretación funcional para optimizar el desempeño y la estabilidad de sistemas biológicos. El curso será dictado en modalidad hibrida.

Ciencia de interfaces: de la simulación molecular a la nanociencia experimental en materiales avanzados

El curso aborda los fundamentos de la ciencia de interfaces desde una perspectiva multiescala, integrando la simulación molecular, la caracterización experimental de superficies y la ingeniería metalúrgica de materiales avanzados. A través de clases magistrales, seminarios y talleres, se explorarán fenómenos interfaciales clave como la adsorción, difusión, reactividad superficial y reorganización estructural, analizados en escalas que van desde el nivel atómico hasta la microestructura. El curso combina tres enfoques complementarios: • Simulación y modelado molecular de sistemas interfaciales (Dr. Harry Cárdenas, UdeC). • Nanociencia experimental y reactividad superficial en condiciones de ultra-alto vacío (Dr. José Ángel Martín-Gago, ICMM-CSIC). • Transformaciones de fases y reorganización estructural en aleaciones y materiales funcionales (Dr. Juan Pablo Sanhueza, UdeC). Esta integración ofrece una visión amplia y contemporánea de cómo los procesos interfaciales determinan la funcionalidad, estabilidad y capacidad de autorreparación de los materiales.

Biopolímeros, interfases y materiales de separación en tratamiento de aguas

Este curso aborda los sistemas de tratamiento de aguas residuales desde una perspectiva de Ciencia e Ingeniería de Materiales, enfocándose en los materiales que participan directamente en los procesos de depuración a través de su interacción con la fase acuosa y la biomasa. A partir de un marco general de los sistemas de tratamiento, el curso analiza la biomasa como una fase activa organizada en lodos, gránulos y biofilms, y profundiza en su interpretación como una matriz biopolimérica compleja. El curso desarrolla los fundamentos moleculares de los biopolímeros de origen biológico presentes en la biomasa, analizando cómo su composición química y sus interacciones moleculares dan origen a propiedades fisicoquímicas relevantes, tales como carga superficial, hidrofobicidad, retención de agua y afinidad por especies químicas. Se estudia en particular el rol de las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) como matriz estructural y funcional, responsable de la cohesión, estabilidad y desempeño de los agregados biológicos. Sobre esta base, el curso examina la funcionalidad material de la biomasa en procesos como la biosorción de metales y contaminantes, la interacción con compuestos orgánicos e inorgánicos y la concentración de especies químicas. Asimismo, se analizan los fenómenos de interfase asociados a la adhesión microbiana y la formación de biofouling sobre superficies sólidas, junto con estrategias de control mediante recubrimientos bioinspirados.Finalmente, el curso integra estos conceptos al estudio de materiales de membrana y su interacción con la biomasa en sistemas de separación aplicados al tratamiento avanzado de aguas, incluyendo biorreactores con membrana y procesos de separación de biogases. El enfoque del curso privilegia la comprensión de la relación entre estructura, propiedades, interfases y desempeño de los materiales involucrados, desde una lógica propia de la Ciencia e Ingeniería de Materiales aplicada a sistemas de tratamiento de aguas residuales.