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Caracterización (ciencia de materiales)

Una micrografía de bronce que revela una estructura dendrítica fundida.
La técnica de caracterización mediante microscopía óptica que muestra la microestructura dendrítica a escala micrométrica de una aleación de bronce.

La caracterización , cuando se utiliza en la ciencia de materiales , se refiere al proceso amplio y general mediante el cual se investigan y miden la estructura y las propiedades de un material. Se trata de un proceso fundamental en el campo de la ciencia de los materiales, sin el cual no se podría lograr una comprensión científica de los materiales de ingeniería. [1] [2] El alcance del término a menudo difiere; algunas definiciones limitan el uso del término a técnicas que estudian la estructura microscópica y las propiedades de los materiales, [2] mientras que otras usan el término para referirse a cualquier proceso de análisis de materiales, incluidas técnicas macroscópicas como pruebas mecánicas, análisis térmico y cálculo de densidad. [3] La escala de las estructuras observadas en la caracterización de materiales varía desde angstroms , como en la imagen de átomos individuales y enlaces químicos, hasta centímetros, como en la imagen de estructuras de grano grueso en metales.

Si bien muchas técnicas de caracterización se han practicado durante siglos, como la microscopía óptica básica, constantemente surgen nuevas técnicas y metodologías. En particular, la llegada del microscopio electrónico y la espectrometría de masas de iones secundarios en el siglo XX ha revolucionado este campo, permitiendo la obtención de imágenes y el análisis de estructuras y composiciones a escalas mucho más pequeñas de lo que antes era posible, lo que ha llevado a un enorme aumento en el nivel de comprensión. en cuanto a por qué diferentes materiales muestran diferentes propiedades y comportamientos. [4] Más recientemente, la microscopía de fuerza atómica ha aumentado aún más la resolución máxima posible para el análisis de determinadas muestras en los últimos 30 años. [5]

Microscopía

Imagen de microscopía óptica de aluminio.
Imagen de una superficie de grafito a nivel atómico obtenida por un STM

La microscopía es una categoría de técnicas de caracterización que exploran y mapean la estructura superficial y subsuperficial de un material. Estas técnicas pueden utilizar fotones , electrones , iones o sondas físicas en voladizo para recopilar datos sobre la estructura de una muestra en un rango de escalas de longitud. Algunos ejemplos comunes de técnicas de microscopía incluyen:

Espectroscopia

La espectroscopia es una categoría de técnicas de caracterización que utilizan una variedad de principios para revelar la composición química, la variación de la composición, la estructura cristalina y las propiedades fotoeléctricas de los materiales. Algunos ejemplos comunes de técnicas de espectroscopia incluyen:

Radiación óptica

radiografía

Primera vista de difracción de rayos X del suelo marciano: el análisis CheMin revela feldespato, piroxenos, olivino y más (curiosity rover en "Rocknest", 17 de octubre de 2012). [6]
Difracción de rayos X en polvo de Y 2 Cu 2 O 5 y refinamiento de Rietveld con dos fases, que muestra 1 % de impureza de óxido de itrio (tickers rojos)

Espectrometría de masas

espectroscopia nuclear

PAC sondeando la estructura local mediante el uso de núcleos radiactivos. Del patrón se obtienen gradientes de campo eléctrico que resuelven la estructura alrededor del átomo radiactivo, para estudiar transiciones de fase, defectos, difusión.

Otro

Pruebas macroscópicas

Se utiliza una amplia gama de técnicas para caracterizar diversas propiedades macroscópicas de los materiales, entre ellas:

(a) índices de refracción efectivos y (b) coeficientes de absorción de circuitos integrados obtenidos mediante espectroscopia de terahercios [9]

Ver también

Referencias

  1. ^ Kumar, Sam Zhang, Lin Li, Ashok (2009). Técnicas de caracterización de materiales . Boca Ratón: CRC Press. ISBN 978-1420042948.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  2. ^ ab Leng, Yang (2009). Caracterización de Materiales: Introducción a los Métodos Microscópicos y Espectroscópicos . Wiley. ISBN 978-0-470-82299-9.
  3. ^ Zhang, Sam (2008). Técnicas de Caracterización de Materiales . Prensa CRC. ISBN 978-1420042948.
  4. ^ Mathys, Daniel, Zentrum für Mikroskopie, Universidad de Basilea : Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyse zum Nanolabor , p. 8
  5. ^ Patente US4724318 - Microscopio de fuerza atómica y método para obtener imágenes de superficies con resolución atómica - Patentes de Google
  6. ^ Brown, Dwayne (30 de octubre de 2012). "Los primeros estudios del suelo del rover de la NASA ayudan a tomar huellas dactilares de minerales marcianos". NASA . Consultado el 31 de octubre de 2012 .
  7. ^ "¿Qué es la espectroscopia de correlación de fotones de rayos X (XPCS)?". sector7.xray.aps.anl.gov . Archivado desde el original el 22 de agosto de 2018 . Consultado el 29 de octubre de 2016 .
  8. ^ R. Truell, C. Elbaum y CB Chick., Métodos ultrasónicos en física del estado sólido Nueva York, Academic Press Inc., 1969.
  9. ^ Ah, Kiarash; Shahbazmohamadi, Sina; Asadizanjani, Navid (2018). "Control de calidad y autenticación de circuitos integrados empaquetados mediante espectroscopia e imágenes en el dominio del tiempo de terahercios de resolución espacial mejorada". Óptica y Láseres en Ingeniería . 104 : 274–284. Código Bib : 2018OptLE.104..274A. doi :10.1016/j.optlaseng.2017.07.007.