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ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES 2013

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

TEMA: “ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES”

JOSELINNE MERINO GÓMEZ

PROFR. VÍCTOR ANTONIO VELIZ JASPE

GRUPO: 2° “D”

XALAPA, VER. A 15 DE MARZO DE 2013

Joselinne Merino Gómez

ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES 2013

INTRODUCCIÓN En este ensayo veremos los cinco tipos de estructura de los materiales. La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que estudia conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad. Estos tipos de los que hablamos son la macro estructura, la micro estructura, la nano estructura, la estructura atómica y los arreglos atómicos de largo y corto alcance. A continuación, los veremos a detalle incluyendo ejemplos, aplicaciones e imágenes para que su comprensión sea de mayor eficacia.

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Comenzaremos por describir lo que es estructura: El termino estructura significa una descripción del arreglo atómico, vistos con distintos grados de detalle. Los científicos y los ingenieros en materiales no solo tienen que ver con el desarrollo de materiales, sino también con la síntesis y el procesamiento de materiales con los procesos de fabricación correspondientes a la producción de los componentes. La síntesis indica la manera de fabricar los materiales a partir de elementos naturales o hechos por el hombre. El Procesamiento revela el modo en que se conforman los materiales en componentes útiles y para causar cambios en las propiedades de distintos materiales. Una de las funciones más importantes de los científicos e ingenieros en materiales es establecer las relaciones entre la propiedad y el funcionamiento de un material. Ahora veremos lo que hemos mencionado anteriormente, que la estructura de los materiales se puede examinar y describir en cinco niveles diferentes: Macro estructura: Es la estructura del material a nivel macroscópico, donde la escala de longitud es aproximadamente mayor a 1000 nm (nanómetros). Es visible a simple vista. Se refiere, por tanto, a la forma, tamaño y demás características observables que pueden afectar a ciertas características del material. Aplicaciones: Entre las propiedades que constituyen la macroestructura están la porosidad, los recubrimientos superficiales y las microfisuras internas o externas. Joselinne Merino Gómez

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Micro estructura: Parte de la estructura que puede ser vista mediante un microscopio. Se refiere a las características de grandes grupos de átomos enlazados entre si constituyendo lo que se denomina una fase, es decir al tamaño, forma, distribución relativa y contenido relativo de la diferentes fases cristalinas y/o vítreas que constituyen el material. Aunque la micro estructura afecta a las propiedades dependientes del nivel atómico sobretodo determina las propiedades mecánicas. Forma y alineación de los componentes microscópicos de un metal. La micro estructura de un material suele determinar su dureza, tenacidad y otras propiedades. Es la estructura del material a una escala de longitud de aproximadamente 10 a 1000 nm. Aplicaciones: Comprende propiedades como el tamaño promedio del grano, la distribución de ese tamaño, la orientación de los granos y Joselinne Merino Gómez

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otras propiedades relacionadas con los defectos en los materiales.

Nano estructura: Es una estructura con un tamaño intermedio entre las estructuras moleculares y microscópicas (de tamaño micrométrico). Para describir nano estructuras necesitamos diferenciar entre el número de dimensiones en la nano escala. Las superficies sin textura tienen en la nano escala una dimensión, es decir, el grosor de la superficie de un objeto está entre 0.1 y 100 mn. Los nanotubos tiene dos dimensiones en la nano escala, es decir, el diámetro del tubo está entre 0.1 y 100 mn; su longitud puede ser mucho mayor. Finalmente, las nano partículas esféricas tienen tres dimensiones en la nano escala, es decir, la partícula tiene entre 0.1 y 100 mn en cada dimensión espacial. Los términos de nano partículas y partículas ultra finas (UFP) a menudo son

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usados como sinónimos aunque las UFP puede alcanzar el rango del micrómetro. Aplicaciones: La llamada nanotecnología, que incluye chips de computadora, de celulares, producción de medicamentos, entre otros.

La producción de nuevos nanomateriales se puede llevar a cabo mediante dos estrategias diametralmente opuestas, por un lado, técnicas descendentes o “top-down” (reducción del tamaño de materiales másicos hasta límites nanométricos), y por otro, técnicas ascendentes o “bottom-up” (síntesis de nanomateriales mediante unidades de construcción más pequeñas). Centrándonos en las técnicas ascendentes, el uso de unidades de construcción de tamaño nanométrico permite la preparación de sólidos organizados a varias escalas con gran precisión.

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Materiales Nano estructurados: Los materiales nano estructurados son aquellos donde al menos una de sus dimensiones cae en el intervalo de 1 a 100 nanómetros. Esta característica les confiere propiedades diferentes de las que tienen los materiales con dimensiones macroscópicas, lo cual los hace susceptibles de numerosas aplicaciones en industrias como la microelectrónica, la farmacéutica, la de bio-sensores, la de materiales funcionales, entre otras. Entre los métodos de síntesis o preparación de materiales nano estructurados se encuentran aquellos basados en sistemas auto asociativos donde las estructuras formadas por la agregación de moléculas de tenso activo sirven como reactores químicos que controlan el crecimiento y las propiedades finales de nano partículas y/o de películas de espesores nano métricos. Dos de las líneas de investigación que se están desarrollando en este departamento dentro del estudio de los materiales nano estructurados son por una parte, el estudio de las propiedades fisicoquímicas de sistemas asociativos de tenso activo, y por otra parte la síntesis y la caracterización de nano partículas de diferentes materiales utilizando los sistemas asociativos de tenso activo. Estructura atómica: El átomo está constituido por un núcleo de unos 10-15 nm de radio, que contiene prácticamente toda la masa del átomo y se encuentra cargado positivamente, y la corteza, formada por cierto número de electrones, cuya carga total es igual y de Joselinne Merino Gómez

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signo contrario a la del núcleo, si el átomo está en estado neutro. • Núcleo • La corteza electrónica

Arreglos Atómicos: Orden de corto alcance: Es el arreglo espacial de los átomos o moléculas que se extiende sólo a los vecinos más cercanos de éstos. A estas estructuras se les denomina como estructuras no cristalinas. Aplicaciones: Ejemplos de estas estructuras son los vidrios, geles y recubrimientos por deposición de vapor. Vidrios.- durante la solidificación los átomos no tienen el tiempo suficiente para formar una estructura periódica. Una estructura vítrea puede también obtenerse por solidificación rápida de materiales que normalmente forman estructuras cristalinas. Los vidrios tienen las siguientes características generales: 1. Estructura isotrópica (las propiedades son uniformes en todas direcciones).

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2. Son típicamente transparentes, pero pueden formularse para absorber o transmitir ciertas longitudes de onda. 3. Buenos aislantes eléctricos y térmicos. 4. Reblandece antes de fundir, por lo que puede moldearse por soplo. Geles.- sólidos no-cristalinos formados por reacción química en lugar de fusión. Estos materiales son útiles en la unión de cerámicos y metales (al actuar como cementos.

Orden de largo alcance: Es el arreglo espacial de los átomos o moléculas que se extiende por todo el sólido, formando un patrón repetitivo, regular, que resulta en una red. Los materiales pueden diferenciarse entre sí por el tipo de red que posean. El tipo de red de un material depende del tamaño de los átomos o iones, y del tipo de Joselinne Merino Gómez

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enlace. Al patrón geométrico que sigue una red de un material se le denomina estructura cristalina, y se define en función de su tamaño, forma y ordenamiento atómico.

Aplicaciones: Al ser éstas estructuras ordenadas, pueden ser ejemplo algunos metales, cerámicos y algunos polímeros.

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CONCLUSIÓN: Como vimos, la estructura significa una descripción del arreglo atómico. Hay cinco niveles de estructuras, estas son: La micro estructura: la estructura de un material visible utilizando el microscopio óptico o electrónico, proporcionándonos información sobre los cristales individuales o granos, como normalmente se los denomina, su tamaño forma y orientación. La macro estructura se define como aquella que se aprecia con el ojo desnudo o a lo mucho con ayuda de una lupa. La macro estructura tiene muchos aspectos comunes con la micro estructura, pero a escala diferente. La nano estructura: es una estructura con un tamaño intermedio entre las estructuras moleculares y microscópicas. La estructura atómica es la que define que todo está compuesto por átomos y el átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Los arreglos atómicos los hay de largo y de corto alcance; los de corto alcance son un arreglo espacial de los átomos o moléculas que se extiende sólo a los vecinos más cercanos de éstos y se les denomina como estructuras no cristalinas. Finalmente los arreglos de largo alcance son el arreglo espacial de los átomos o moléculas que se extiende por todo el sólido, formando un patrón repetitivo, regular, que resulta en una red.

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