Estructuras de los materiales:Arreglo atómico, estructuras cristalinas e imperfecciones en los arreglos atómicos

• El enlace iónico que se encuentra en muchos cerámicos se producecuando un átomo dona un electrón a otro distinto, creando cationes decarga positiva y aniones de carga negativa. Estos materiales tienden a serfrágiles y malos conductores

• El enlace covalente que se encuentra en muchos materiales cerámicos,semiconductores y polímeros requiere que los átomos compartanelectrones de valencia. Los enlaces son fuertes y altamente direccionadoshaciendo que estos materiales tengan mala conductividad eléctrica ytérmica.

• En el enlace metálico, encontrado en los metales, los electrones devalencia son capaces de moverse con facilidad . En consecuencia losmetales tienden a ser dúctiles y a tener buena conductividad eléctrica ytérmica.

• Fuerzas intermoleculares de Van der Waals se forman cuando átomos ogrupos de átomos tienen una carga eléctrica no simétrica, permitiendounión eléctrica por atracción electrostática. Son de importancia paracomprender el comportamiento de los polímeros termopláticos.

Sólidos

Orden de corto y largo alcance

Estructura - Propiedad

MATERIALES CRISTALINOS

MONOCRISTAL

Si, GaAsPOLICRISTALINOS

METALES

ALEACIONES

Y LA MAYORIA DE LOS CERAMICOS

Las celdas se obtienen a partir de barras cilíndricas de silicio

Monocristalino producidas en hornos especiales. Su eficiencia en

conversión de luz solar en electricidad es superior al 12%. Son por lo

tanto, los más caros pero los mas efectivos

Un cristal no es un vidrio transparente, es un material cuyos átomos se acomodan conforme a un arreglo geométrico que se repite.

Estructura cristalina y puntos de red

• Muchos materiales presentan una estructura cristalinaen la cual los átomos muestran un arreglo especial quese extiende por todo el material. Los átomos formanun patrón repetitivo, regular en forma de rejilla o red.

• La red, es un conjunto de puntos conocidos como puntosde red que están organizados siguiendo un patrónperiódico de forma que el entorno de cada punto de red esidéntico.

• La red difiere de un material a otro tanto en tamaño comoen forma, dependiendo del tamaño de los átomos y deltipo de enlace entre ellos. La estructura cristalina de unmaterial se refiere al tamaño, la forma y la organizaciónatómica dentro de la red.

Celdas unitarias• Es una subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las

características de la red

• Se identifican 14 tipos de celdas unitarias o redes de Bravaisagrupadas en siete sistemas cristalinos (Cúbica, tetragonal,hexagonal, ortorrómbia, romboédrica, monoclínica y triclínica)

CELDAS UNITARIAS O REDES DE BRAVAIS

• Parámetro de red (a0): describen el tamaño y la forma de la celda unitaria.- dimensiones de los lados de la celda unitaria- los ángulos que formanA menudo esta longitud se da en nanómetros (nm) o en Anstroms (Å)

1nm = 10-9 m=10 Å1 Å = 10-10 m= 0.1 nm

ESTRUCTURA CRISTALINA DE ALGUNOS METALES

FCC

HCP

BCC

¿Qué es el numero de coordinación?

NUMERO DE COORDINACION

Es el número de átomos que tocan a otro, es decir el númeo de vecinos máscercanos y es una indicación de qué tan estrecha y eficazmente estánempaquetados los átomos

Número de átomos por celda unitaria

Átomo en un vértice (estructura cúbica simple, SC)

Cada una de las celdas unitarias está definida por un número específico de puntos de red (átomos)

Estructura cúbica de cuerpo centrado

• Estructura BCC (Cúbica centrada en el cuerpo)

Densidad teórica de los metales

Densidad de los materiales

PUNTOS, DIRECCIONES Y PLANOS EN LA CELDA UNITARIA – INDICES DE MILLER

Los metales se deforman en aquellas direcciones a lo largo de las cuales los átomos están en contacto más estrecho

¿Por qué son importantes los planos?¿Qué es la ductilidad?

¿Qué es la maleabilidad?

¿A mas deformación plástica mayor ductilidad? ¿Menor ductilidad? ¿El material será mas maleable?

¿Los materiales tienen estructura cristalina

perfecta?

IMPERFECCIONES DE RED

• Defectos puntuales: Vacancia, intersticial,sustitucional, Frenkel y Schotky

• Defectos lineales: Dislocaciones helicoidales(tornillo), dislocaciones deborde y mixtas.

• Defectos de superficie: superficie del materialy borde de grano

• Vacancia de atomos

• atomos Intersticial

• atomos Substitucional

• Frenkel, Shottky

• Dislocaciones

• Bordes de Grano

defectos Puntuales

defectos de Linea

defectos de Area

Tipos de defectos

• Vacancias:

Vacancydistortion of planes

• Defectos intersticiales: un átomo adicional se inserta en una

posición habitualmente desocupada de la red cristalina

self-interstitialdistortion

of planes

DEFECTOS PUNTUALES

Much lower concentration

than vacancies.

un átomo falta de su sitio normal en la red cristalina

• Defecto substitucional: Substitución de un átomo de la red cristalina por otro distinto

Defectos en línea

DISLOCACIONES

Motion Screw Dislocation

Apply shear

Defectos de superficie – BORDES DE GRANO

Fronteras superficiales, interfases o planos que separan un material en

regiones de la misma estructura cristalina pero con distintas orientacionescristalográficas

• Los defectos en los sólidos pueden ser Puntuales, Linea, y Area

• El número y tipo de defectos pueden ser controlados (por ejemplo

controlando las concentraciones de las vacancias por medio de la

temperatura)

• Defectos afectan las propiedades de los materiales (ej,

deslizamiento de los bordes de grano).

• Los defectos pueden ser deseables o indeseables

(e.j., dislocationes pueden ser buenos o malos,

dependiendo de si la deformación plástica es deseable o

no.)

Resumen