Las microesferas de vidrio son esferas microscópicas de vidrio fabricadas para una amplia variedad de usos en investigación , medicina , bienes de consumo y diversas industrias. Las microesferas de vidrio suelen tener entre 1 y 1000 micrómetros de diámetro, aunque los tamaños pueden variar de 100 nanómetros a 5 milímetros de diámetro. Las microesferas de vidrio huecas, a veces denominadas microbalones o burbujas de vidrio , tienen diámetros que van de 10 a 300 micrómetros .
Las esferas huecas se utilizan como relleno ligero en materiales compuestos como la espuma sintáctica y el hormigón ligero . [1] Los microesferas dan a la espuma sintáctica su peso ligero, baja conductividad térmica y una resistencia a la tensión de compresión que supera con creces la de otras espumas. [2] Estas propiedades se explotan en los cascos de sumergibles y equipos de perforación de petróleo en aguas profundas, donde otros tipos de espuma implosionarían . Las esferas huecas de otros materiales crean espumas sintácticas con diferentes propiedades: los globos cerámicos, por ejemplo, pueden hacer una espuma de aluminio sintáctica ligera . [3]
Las esferas huecas también tienen usos que van desde el almacenamiento y la liberación lenta de productos farmacéuticos y trazadores radiactivos hasta la investigación en el almacenamiento y la liberación controlados de hidrógeno . [4] Las microesferas también se utilizan en compuestos para rellenar resinas poliméricas para características específicas como peso, lijabilidad y superficies de sellado. Al fabricar tablas de surf, por ejemplo, los moldeadores sellan las piezas en bruto de espuma EPS con epoxi y microesferas para crear una superficie impermeable y fácil de lijar sobre la que se aplican los laminados de fibra de vidrio.
Las microesferas de vidrio se pueden fabricar calentando pequeñas gotas de vidrio soluble en un proceso conocido como pirólisis por pulverización ultrasónica (USP), y las propiedades se pueden mejorar un poco utilizando un tratamiento químico para eliminar parte del sodio . [5] El agotamiento del sodio también ha permitido que las microesferas de vidrio huecas se utilicen en sistemas de resina químicamente sensibles, como epoxis de larga vida útil o compuestos de poliuretano no soplado.
Se suelen añadir funcionalidades adicionales, como recubrimientos de silano, a la superficie de las microesferas de vidrio huecas para aumentar la resistencia de la interfaz matriz/microesferas (el punto de falla común cuando se somete a tensión de manera traccional).
Se pueden producir microesferas hechas de vidrio óptico de alta calidad para investigaciones en el campo de los resonadores o cavidades ópticas . [6]
Las microesferas de vidrio también se producen como producto de desecho en las centrales eléctricas de carbón . En este caso, el producto se denominaría generalmente " cenosfera " y tiene una química de aluminosilicato (a diferencia de la química de sílice sódica de las esferas diseñadas). Pequeñas cantidades de sílice en el carbón se funden y, a medida que suben por la chimenea, se expanden y forman pequeñas esferas huecas. Estas esferas se recogen junto con la ceniza, que se bombea en una mezcla de agua al dique de cenizas residente. Algunas de las partículas no se ahuecan y se hunden en los diques de cenizas, mientras que las huecas flotan en la superficie de los diques. Se convierten en una molestia, especialmente cuando se secan, ya que se dispersan por el aire y se esparcen por las áreas circundantes.
Las microesferas se han utilizado para producir regiones focales, conocidas como nanochorros fotónicos [7] y cuyos tamaños son lo suficientemente grandes como para soportar resonancias internas, pero al mismo tiempo lo suficientemente pequeños como para que la óptica geométrica no pueda aplicarse para estudiar sus propiedades. Investigaciones previas han demostrado experimentalmente y con simulaciones el uso de microesferas para aumentar la intensidad de la señal obtenida en diferentes experimentos. Una confirmación del chorro fotónico en la escala de microondas, observando el aumento de la retrodispersión que se produjo cuando se introdujeron partículas metálicas en el área de enfoque. Se obtuvo un aumento medible de la luz retrodispersada en el rango visible cuando se colocó una nanopartícula de oro dentro de la región del nanochorro fotónico producido por una microesfera dieléctrica con un diámetro de 4,4 μm. También se ha analizado el uso de nanochorros producidos por microesferas transparentes para excitar materiales activos ópticos, bajo procesos de conversión ascendente con diferentes números de fotones de excitación. [8]
Las microesferas de vidrio monodispersas tienen una alta esfericidad y una distribución de tamaño de partícula muy ajustada, a menudo con un CV <10% y una especificación de >95% de partículas en el rango de tamaño. Las partículas de vidrio monodispersas se utilizan a menudo como espaciadores en adhesivos y revestimientos, como espaciadores de línea de unión en epoxis. Solo una pequeña cantidad de microesferas monodispersas de grado espaciador puede crear un espacio controlado, así como definir y mantener el espesor de línea de unión especificado. Las partículas de grado espaciador también se pueden utilizar como patrones de calibración y partículas trazadoras para calificar dispositivos médicos. Las microesferas de vidrio esféricas de alta calidad se utilizan a menudo en pantallas de plasma de gas, espejos de automóviles, pantallas electrónicas, tecnología de chip invertido, filtros, microscopía y equipos electrónicos.
Otras aplicaciones incluyen espumas sintácticas [9] y compuestos particulados y pinturas reflectantes.
La dosificación de microesferas puede ser una tarea difícil. Cuando se utilizan microesferas como relleno para máquinas mezcladoras y dosificadoras estándar, puede producirse una tasa de rotura de hasta el 80 %, dependiendo de factores como la elección de la bomba, la viscosidad del material, la agitación del material y la temperatura. Los dispensadores personalizados para materiales llenos de microesferas pueden reducir la tasa de rotura de las microesferas a una cantidad mínima. Una bomba de cavidad progresiva es la bomba preferida para dosificar materiales con microesferas, que puede reducir la rotura de las microesferas hasta en un 80 %.