Upload
sebastian-cardenas-casanova
View
77
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Estructura NanométricaNiveles estructurales de la materia y propiedades. Propiedades sensibles e insensibles Nanoestructura materiales cristalinos ysensibles e insensibles. Nanoestructura, materiales cristalinos y amorfos, conceptos de cristalografía, simetría, red espacial y motivos, redes de Bravais, características de las diferentes estructuras, factor de empaquetamiento, sitios intersticiales, direcciones y planos cristalográficos, cristales metálicos, cristales cerámicos, cristales poliméricospoliméricos.
Estructura de los materialesEstructura de los materiales
Á
(Moléculas)Amorfos
Granos CristalinosSuperestructurasElectrones Átomo
(Å)
AmorfosCristales
( )
DefectosEtc.
ElectronesNeutronesProtones
(nm) (m)
Propiedades pelectrónicas, Magnéticas, Eléctricas
Propiedadesinsensibles a lamicroestructura
Propiedadessensibles a lamicroestructura
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales2
Eléctricas, etc.
microestructura microestructura
Cristales y simetría externaCristales y simetría externa
Ver modelos y animaciones en S.Weber's Crystal galleryhttp://www.jcrystal.com/steffenweber/
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales3
Conceptos de CristalografíaConceptos de Cristalografía Estructura periódica o repetitiva. Orden de largo alcance (alrededores idénticos) Resulta de la organización periódica de puntos en el espacio, a la
cual se le asocia un motivo molecular
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales4Maurits Cornelis Escher (1898-1972)Profundidad (1955)
Representación geométrica de la estructura cristalina
El sistema es tal que puede ser descrito por una celda unidad El sistema es tal que puede ser descrito por una celda unidad Celdas unidad que contienen un único punto de la red (mínimo
volumen posible) se llaman celdas primitivas En el espacio seis parámetros (a b c ) En el espacio, seis parámetros (a, b, c, , , )
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales5
En el interior de una estructuraEn el interior de una estructura
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales6
Las redes de BravaisLas redes de Bravais
Bravais demostró que solo hay catorce tipos de redes o formas únicas posibles enformas únicas posibles en las que los puntos pueden distribuirse periódicamente en el espacio
La condición de orden de largo alcance limita lalargo alcance limita la cantidad de geometrías posibles.A Bravais (1811 1863)
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales7
posibles.A. Bravais (1811-1863)
Catorce redes tridimensionalesCatorce redes tridimensionales
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales8
Empaquetamiento y CoordinaciónEmpaquetamiento y Coordinación
Nc = Cantidad de vecinos más próximos
lddlúátomosdevolúmenF
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales9
celdadevolúmen
ApilamientoApilamiento Características de apilamiento Estructuras compactas
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales10
Direcciones o filas reticularesDirecciones o filas reticulares Es posible definir filas reticulares como Es posible definir filas reticulares, como
sucesiones de nodos alineados, los cuales cumplen la condición:
Definida por un vector que parte del origen y pasa por al menos un átomo. [u v w]
Se definen familias de direcciones como grupos de direcciones con las mismas propiedades. P. ej. : en sistema cúbico:
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales12
<1 0 0> [100], [010], [001], [100], [010], [001].
Planos cristalográficosPlanos cristalográficos
También es posible distinguir planos formados por conjuntos p jde nodos coplanarios.
Notación de Miller los í di (h k l) d fiíndices (h k l) definen un plano que corta a los ejes x, y, z en las
El plano de esta familia más cercano al origen:
j ydistancia a/h, b/k y c/l, respectivamente, del origen
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales13
origen.
Cristalinidad y MaterialesCristalinidad y Materiales Metales: tipicamente en este caso el motivo Metales: tipicamente en este caso el motivo
es el átomo, que cedió sus electrones de valencia al enlace metálicovalencia al enlace metálico
Cerámicos: Las estructuras son más complejas por que el motivo es molecular ycomplejas por que el motivo es molecular, y pueden ser estructuras iónicas o covalentes.
Polímeros: Muchos termoplásticos pueden Polímeros: Muchos termoplásticos pueden cristalizar parciamente, celdas complejas. El motivo es parte de la macromolecula.motivo es parte de la macromolecula.
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales14
MetalesMetales
c Relación entre R y a? Número de
c
a1
a2
a3
coordinación? Factor de
empaquetamiento?
a1
empaquetamiento?Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales15
Cristales Cerámicos IónicosCristales Cerámicos Iónicos
Relación de radios iónicos
Neutralidad de carga Neutralidad de carga
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales16
Estructuras Cerámicas AXEstructuras Cerámicas AX
ClNa ClCs Blenda de Zn
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales17
Estructuras EstequiométricasEstructuras EstequiométricasAmXp AmBnXpm p m n p
CaF BaTiOSiOIntroducción a la ciencia en ingeniería de materiales18
CaF2 BaTiO3SiO2
Superconductores de alta TcSuperconductores de alta Tc
(La,Ba)2CuO4 YBa2Cu4O8 Pb2Sr2YCu3O8
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales19
http://www.jcrystal.com/steffenweber/
Estructuras de los polímerosEstructuras de los polímeros Polímero: Muchas unidades
Red
Polímero: Muchas unidades (meros).
Sustancia constituida por
Ramificado
moléculas compuestas de muchos grupos atómicos (unidades monoméricas) unidos Ramificado
Entrecruzado(unidades monoméricas), unidos mediante enlaces primarios (covalentes).
Lineal Macromolécula: define la
molécula que compone a los polímeros
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales20
p
Estructuras cristalinas de polímeros
L lé l d t t d
PTFE13/1
iPP, iPS3/1
Las moléculas adoptan estados conformacionales particulares que les facilitan la cristalización.L f ió d lí
/
La fracción de polímero que alcanza a organizarse en estructura cristalina varía según el tipo de polímero y tratamientostipo de polímero y tratamientos.
Modelo Bifásico Vigencia de las celdas unidad de
los siete sistemas cristalinoslos siete sistemas cristalinos conocidos.
Alotropía
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales
Anisotropía.
PolietilenoPolietilenoPE ortorrómbicoPE, ortorrómbico
Polímeros 22 Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales
Complejidad de cristales poliméricosComplejidad de cristales poliméricos
α-iPP Cc C2/c i-Poly(vinylcyclobutane)(Natta &Corradini1960)P21/c (Mencick, 1972)
i Poly(vinylcyclobutane)Ortorrombico (P212121)
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales24
Goma Natural P21a. Eje a Poryecc.
SimetríaSimetría
Simetría:
á Matemáticamente:
las operaciones de simetría describen el proceso que hay que seguir para hacer coincidir objetos idénticos
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales25
hay que seguir para hacer coincidir objetos idénticos
Elementos de simetríaElementos de simetría Simetría respecto de un punto (centro de inversión) Simetría respecto de un punto (centro de inversión) Simetría respecto de un eje Simetría respecto de un plano Simetría respecto de un plano
180º 120º
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales27