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Caracterización (ciencia de los materiales)

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

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

Aunque 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 el campo, permitiendo la obtención de imágenes y el análisis de estructuras y composiciones en escalas mucho más pequeñas de lo que era posible anteriormente, lo que ha llevado a un enorme aumento en el nivel de comprensión de 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 ciertas muestras en los últimos 30 años. [5]

Microscopía

Imagen de aluminio obtenida por microscopía óptica
Imagen de una superficie de grafito a nivel atómico obtenida mediante 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 una variedad 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 serie 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 imagen de suelo marciano obtenida por difracción de rayos X: el análisis de CheMin revela feldespato, piroxenos, olivino y más (Curiosity rover en "Rocknest", 17 de octubre de 2012). [6]
Difracción de rayos X de polvo de Y2Cu2O5 y refinamiento de Rietveld con dos fases, que muestra un 1 % de impureza de óxido de itrio ( señales rojas)

Espectrometría de masas

Espectroscopia nuclear

PAC sondea la estructura local mediante el uso de núcleos radiactivos. A partir del patrón se obtienen gradientes de campo eléctrico que resuelven la estructura alrededor del átomo radiactivo, con el fin de estudiar transiciones de fase, defectos y difusión.

Otro

Prueba macroscópica

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]

Véase también

Referencias

  1. ^ Kumar, Sam Zhang, Lin Li, Ashok (2009). Técnicas de caracterización de materiales . Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-1420042948.{{cite book}}: CS1 maint: 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 . CRC Press. 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 – Google Patents
  6. ^ Brown, Dwayne (30 de octubre de 2012). «Los primeros estudios del suelo del rover de la NASA ayudan a encontrar huellas 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 2018-08-22 . Consultado el 2016-10-29 .
  8. ^ R. Truell, C. Elbaum y CB Chick., Métodos ultrasónicos en física del estado sólido Nueva York, Academic Press Inc., 1969.
  9. ^ Ahi, Kiarash; Shahbazmohamadi, Sina; Asadizanjani, Navid (2018). "Control de calidad y autenticación de circuitos integrados empaquetados mediante espectroscopia y obtención de imágenes en el dominio del tiempo de terahercios con resolución espacial mejorada". Óptica y láseres en ingeniería . 104 : 274–284. Bibcode :2018OptLE.104..274A. doi :10.1016/j.optlaseng.2017.07.007.