1

Introduccioacuten

En un mundo donde los problemas energeacuteticos se agudizan la buacutesqueda de tecnologiacuteas alternativas para generar energiacutea eleacutectrica se ha vuelto una necesidad El tema de las celdas de combustible como una alternativa de alta eficiencia para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica ha resurgido con considerable iacutempetu en los uacuteltimos antildeos Estos dispositivos para convertir directamente un combustible y oxiacutegeno en electricidad se conocen desde hace mucho tiempo Los hay de diversos tipos pero soacutelo se utilizaron en usos muy particulares sobre todo en el sector aeroespacial El verdadero intereacutes en celdas de combustible como un generador praacutectico vino hacia comienzos de 1960 cuando el programa espacial de los Estados Unidos seleccionoacute las celdas de combustible para proporcionar electricidad y agua a las naves espaciales Gemini y Apollo

Caracteriacutesticas principales del fenoacutemeno

Una celda de combustible es un dispositivo electroquiacutemico que convierte directamente la energiacutea quiacutemica de una reaccioacuten en energiacutea eleacutectrica Por ejemplo pueden generar electricidad combinando hidroacutegeno y oxiacutegeno electroquiacutemicamente sin ninguna combustioacuten Estas celdas no se agotan como lo hariacutea una bateriacutea ni requieren recarga ya que produciraacuten energiacutea en forma de electricidad y calor en tanto se les provea de combustible En la praacutectica la corrosioacuten y la degradacioacuten de materiales y componentes de la celda pueden limitar su vida uacutetil

La manera en que operan es mediante una celda electroquiacutemica que consiste en dos electrodos un aacutenodo y un caacutetodo separados por un electroacutelito o membrana de intercambio ioacutenico El oxiacutegeno proveniente del aire pasa sobre un electrodo y el hidroacutegeno gas pasa sobre el otro Cuando el hidroacutegeno es ionizado en el aacutenodo se oxida y pierde un electroacuten al ocurrir esto el hidroacutegeno oxidado (ahora en forma de protoacuten) y el electroacuten toman diferentes caminos migrando hacia el segundo electrodo llamado caacutetodo El hidroacutegeno lo haraacute a traveacutes del electroacutelito mientras

que el electroacuten lo hace a traveacutes de un material conductor externo (carga) Al final de su camino ambos se vuelven a reunir en el caacutetodo donde ocurre la reaccioacuten de reduccioacuten o ganancia de electrones del oxiacutegeno gas para formar agua junto con el hidroacutegeno oxidado La imagen 1 ilustra el mecanismo descrito

Imagen 1

Asiacute este proceso produce agua 100 pura corriente eleacutectrica para mover un motor o encender un foco y calor uacutetil por ejemplo energiacutea teacutermica

Teoriacutea que lo justifica

A diferencia de las maacutequinas de combustioacuten cuya eficiencia estaacute regida por el ciclo de Carnot y limitada por la temperatura la eficiencia teoacuterica de las celdas de combustible estaacute dada por las leyes de Faraday que relacionan directamente la corriente producida en una reaccioacuten electroquiacutemica con la cantidad de material reactivo es decir con la cantidad de combustible La mayor ventaja de las celdas de combustible es el hecho

La intensa demanda energeacutetica combinada con la raacutepida tasa de crecimiento poblacional y la escasez de combustibles foacutesiles generan una gran polucioacuten y por ello se ha hecho una necesidad optar por otras fuentes energeacuteticas que sean amigables con el ambiente Las celdas de combustioacuten de oacutexidos soacutelidos surgen como una alternativa a la crisis energeacutetica actual

2

de que no estaacuten limitadas por la temperatura lo cual les otorga el gran beneficio de alcanzar altas eficiencias Asiacute en teoriacutea cada moleacutecula de hidroacutegeno gas produciraacute dos electrones libres y junto con un aacutetomo de oxiacutegeno reducido se generaraacute una moleacutecula de agua Tal reaccioacuten electroquiacutemica es exoteacutermica por lo que ademaacutes el calor desprendido puede ser utilizado y asiacute aumentar la eficiencia de las celdas de combustible Estas caracteriacutesticas de lograr alta eficiencia durante la generacioacuten de electricidad y la ventaja de presentar cero emisiones contaminantes cuando el combustible es hidroacutegeno hacen de las celdas de combustible los mejores candidatos para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica Por otra parte tambieacuten ofrecen la posibilidad de utilizar casi cualquier combustible que contenga hidroacutegeno aunque hidrocarburos como el gas natural metanol etanol biogaacutes y propano asiacute como el dieacutesel y la gasolina son los que mayor atencioacuten han recibido por razones de tipo praacutectico

Principales aplicaciones y efecto representativo

Las celdas de combustible son en realidad una familia de tecnologiacuteas que usan diferentes electroacutelitos y que operan a diferentes temperaturas Por ello se puede hablar de celdas de combustible de alta temperatura las cuales operan a temperaturas mayores a 200oC y las de baja temperatura cuya operacioacuten puede llegar soacutelo hasta los 200oC Una diferencia derivada de la temperatura de operacioacuten es el empleo de diferentes materiales principalmente electroacutelitos ya que a temperaturas elevadas deben ser utilizados electroacutelitos no acuosos La clasificacioacuten de alta y baja temperatura es quizaacute la maacutes adecuada debido a las aplicaciones que unas y otras celdas tienen En general las celdas de combustible de alta temperatura tienen como objetivo principal la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica para una potencia mayor a 1 MW mientras que las de baja temperatura se estaacuten disentildeando para salidas menores a 1 MW

La razoacuten principal por la que las celdas de combustible de alta temperatura estaacuten disentildeadas para aplicaciones de generacioacuten de alta potencia es su mayor eficiencia comparada con las de baja temperatura Ello se debe parcialmente a que las reacciones de oxidacioacuten y de reduccioacuten no requieren de materiales electrocatalizadores ya que ocurren con mayor facilidad Los electrocatalizadores son necesarios cuando las reacciones ocurren a baja temperatura y generalmente son materiales costosos basados en metales nobles como el platino Por otra parte la generacioacuten de vapor de alta temperatura con suficiente energiacutea caloriacutefica en las celdas de alta temperatura

favorece la cogeneracioacuten mediante el empleo por ejemplo de turbinas de gas ciclos convencionales de vapor o ambos incrementando asiacute la eficiencia En la actualidad el estado de la tecnologiacutea de las diferentes celdas de combustible puede describirse en el cuadro 1 el cual muestra algunas caracteriacutesticas de las celdas y las temperaturas a las cuales operan La celda de combustible de oacutexido soacutelido puede ser usada en aplicaciones de potencia incluyendo estaciones de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a gran escala e industrial Este tipo de celda no utiliza electroacutelitos corrosivos sino electroacutelitos en estado soacutelido y presenta diversas ventajas que para otro tipo de celdas significan serios inconvenientes teacutecnicos un sistema de oacutexido soacutelido normalmente utiliza un material soacutelido ceraacutemico (zirconia estabilizada de ytrio) en lugar de un electroacutelito liacutequido permitiendo que la temperatura de operacioacuten alcance los 1 000oC Las eficiencias de generacioacuten de potencia pueden alcanzar un 60 mientras que la cineacutetica de reaccioacuten en estas celdas es muy raacutepida y no requiere reposicioacuten de CO2 en el caacutetodo Al igual que las MCFC el hidrocarburo alimentado puede ser reformado dentro de la celda

Ventajas del empleo de SOFC

En la praacutectica la eficiencia de las celdas de combustible de oacutexidos soacutelidos pueden alcanzar valores entre 50 y 80 Estas celdas de combustioacuten representan un avance potencialmente revolucionario para contrarrestar el efecto invernadero pues ya que en lugar de producir electricidad por medio de

3

combustioacuten utilizan la reaccioacuten electroquiacutemica entre hidrogeno y oxigeno del aire para producir electricidad calor y agua Es cierto que cuando una celda utiliza hidrocarburos como fuente de hidrogeno en su proceso generaraacute CO2 No obstante gracias a su capacidad de obtener altas eficiencias de conversioacuten combustible-electricidad las celdas producen la menor cantidad de CO2 en comparacioacuten con cualquier tecnologiacutea actual que utilice combustibles foacutesiles para producir electricidad

Otra ventaja fundamental es la alta flexibilidad que tienen las celdas para aceptar una gran diversidad de combustibles lo cual las ubica como una tecnologiacutea que permite una transicioacuten hacia tecnologiacuteas limpias y el uso de fuentes de energiacutea renovables

Estas celdas son silenciosas ya que no contienen partes moacuteviles por lo que no requieren lubricacioacuten Pueden ser independientes de la red de potencia o estar conectada a ella con independencia en caso de falla Sus costos de mantenimiento son menores y se ha estimado un ahorro en el costo del servicio eleacutectrico de un 20 a un 40 usando estos dispositivos Su potencia de operacioacuten es bastante flexible puede ir desde los 5W hasta los 100MW Como ya se habiacutea mencionado antes estas celdas no se agotan como lo hariacutea una bateriacutea ni requieren recarga puesto que produciraacuten electricidad y calor mientras se les suministres combustible

Desventajas asociadas a la temperatura

La operacioacuten a altas temperaturas de las SOFCs que por un lado otorga flexibilidad en el procesamiento de combustibles tiene desventajas asociadas Una de ellas es que requiere un tipo de materiales especiacuteficos para su fabricacioacuten Las aleaciones metaacutelicas para operar a altas temperaturas resultan costosas Debido a esto la opcioacuten de usar materiales ceraacutemicos (maacutes econoacutemicos) se reduce a soacutelo unos cuantos que cubran las caracteriacutesticas teacutermicas y mecaacutenicas requeridas Pero utilizar materiales ceraacutemicos le quita propiedades mecaacutenicas a la celda es decir pueden ser quebradizos y malos conductores de calor

Otra desventaja a considerar es lo que se conoce como el ldquotiempo de arranquerdquo Al inicio de cada ciclo de trabajo la celda requiere de un calentamiento hasta la temperatura de operacioacuten Ademaacutes del gasto teacutermico que esto implica esto se hace lentamente para no dantildear el dispositivo Finalmente las propiedades de los materiales que forman la celda se degradan con la temperatura disminuyendo asiacute su vida uacutetil

Situacioacuten actual y conclusioacuten

El aacuterea de investigacioacuten de las celdas de combustioacuten de oacutexidos soacutelidos sigue en intenso desarrollo Por las desventajas mencionadas las SOFCs convencionales no tienen una gran comercializacioacuten en el mercado de aplicaciones portaacutetiles Sin embargo una reduccioacuten en el tamantildeo y cambios en la geometriacutea les han ayudado a tener maacutes viabilidad En la actualidad las celdas con dichas caracteriacutesticas se llaman micro-SOFCs Generan potencias de 1-20 W y su tamantildeo y peso son adecuados para su uso portaacutetil Existe dos tipos de micro celdas las planas y las tubulares Ambas disminuyendo la temperatura de operacioacuten y tienen tiempos de arranque maacutes corto Japoacuten ha logrado desarrollos impresionantes en el campo de las SOFCs micro tubulares Sin embargo los retos para estos dispositivos a nivel internacional sigue siendo reducir costos de fabricacioacuten reducir costos de operacioacuten mejorar el desempentildeo de la celda reducir la temperatura de operacioacuten y extender la vida uacutetil de las celdas

La necesidad de recurrir a energiacuteas alternas ya no es una opcioacuten es un deber Existen muchos proyectos de energiacuteas limpias propuestos por institutos escuelas y empresas cuyo fin es buscar o proponer opciones para producir energiacutea de una forma distinta a la convencional En dicha forma convencional el deterioro al planeta ha sido atroz y desmedido La realidad es que por maacutes interesantes y factibles que sean los proyectos de energiacuteas alternas propuestos si no embonan con los intereses de las poliacuteticas econoacutemicas capitalistas no se llevan a cabo Es tiempo de mirar maacutes allaacute del valor monetario de las cosas pues eacutesta corta visioacuten del mundo no concuerda con el equilibrio bioloacutegico El costo de mirar el planeta como solo una fuente de materias primas para su explotacioacuten masiva olvidaacutendonos de que es ldquoel hogarrdquo nos llevaraacute a una muerte lenta pero segura

Bibliografiacutea

httpiieorgmxreno99aplipdf boletinmensual2009

Consultado el liacutenea 7-05-2015 httplaboratoriosfiubaarcididiwebcididinotastecnicas_pdflic_juarez2pdf Consultada en liacutenea 9-05-2015 httpconcyteggobmxideasConcytegArchivos72032011_CELDAS_COMBUSTIBLE_OXIDO_SOLIDOpdf Consultada en liacutenea 9-05-2015 Mosqueira P Salvador Introduccioacuten a la quiacutemica y el ambiente 3ra edicioacuten Editorial Patria Meacutexico DF 2014 605 pp

3

combustioacuten utilizan la reaccioacuten electroquiacutemica entre hidrogeno y oxigeno del aire para producir electricidad calor y agua Es cierto que cuando una celda utiliza hidrocarburos como fuente de hidrogeno en su proceso generaraacute CO2 No obstante gracias a su capacidad de obtener altas eficiencias de conversioacuten combustible-electricidad las celdas producen la menor cantidad de CO2 en comparacioacuten con cualquier tecnologiacutea actual que utilice combustibles foacutesiles para producir electricidad

Otra ventaja fundamental es la alta flexibilidad que tienen las celdas para aceptar una gran diversidad de combustibles lo cual las ubica como una tecnologiacutea que permite una transicioacuten hacia tecnologiacuteas limpias y el uso de fuentes de energiacutea renovables

Estas celdas son silenciosas ya que no contienen partes moacuteviles por lo que no requieren lubricacioacuten Pueden ser independientes de la red de potencia o estar conectada a ella con independencia en caso de falla Sus costos de mantenimiento son menores y se ha estimado un ahorro en el costo del servicio eleacutectrico de un 20 a un 40 usando estos dispositivos Su potencia de operacioacuten es bastante flexible puede ir desde los 5W hasta los 100MW Como ya se habiacutea mencionado antes estas celdas no se agotan como lo hariacutea una bateriacutea ni requieren recarga puesto que produciraacuten electricidad y calor mientras se les suministres combustible

Desventajas asociadas a la temperatura

La operacioacuten a altas temperaturas de las SOFCs que por un lado otorga flexibilidad en el procesamiento de combustibles tiene desventajas asociadas Una de ellas es que requiere un tipo de materiales especiacuteficos para su fabricacioacuten Las aleaciones metaacutelicas para operar a altas temperaturas resultan costosas Debido a esto la opcioacuten de usar materiales ceraacutemicos (maacutes econoacutemicos) se reduce a soacutelo unos cuantos que cubran las caracteriacutesticas teacutermicas y mecaacutenicas requeridas Pero utilizar materiales ceraacutemicos le quita propiedades mecaacutenicas a la celda es decir pueden ser quebradizos y malos conductores de calor

Otra desventaja a considerar es lo que se conoce como el ldquotiempo de arranquerdquo Al inicio de cada ciclo de trabajo la celda requiere de un calentamiento hasta la temperatura de operacioacuten Ademaacutes del gasto teacutermico que esto implica esto se hace lentamente para no dantildear el dispositivo Finalmente las propiedades de los materiales que forman la celda se degradan con la temperatura disminuyendo asiacute su vida uacutetil

Situacioacuten actual y conclusioacuten

El aacuterea de investigacioacuten de las celdas de combustioacuten de oacutexidos soacutelidos sigue en intenso desarrollo Por las desventajas mencionadas las SOFCs convencionales no tienen una gran comercializacioacuten en el mercado de aplicaciones portaacutetiles Sin embargo una reduccioacuten en el tamantildeo y cambios en la geometriacutea les han ayudado a tener maacutes viabilidad En la actualidad las celdas con dichas caracteriacutesticas se llaman micro-SOFCs Generan potencias de 1-20 W y su tamantildeo y peso son adecuados para su uso portaacutetil Existe dos tipos de micro celdas las planas y las tubulares Ambas disminuyendo la temperatura de operacioacuten y tienen tiempos de arranque maacutes corto Japoacuten ha logrado desarrollos impresionantes en el campo de las SOFCs micro tubulares Sin embargo los retos para estos dispositivos a nivel internacional sigue siendo reducir costos de fabricacioacuten reducir costos de operacioacuten mejorar el desempentildeo de la celda reducir la temperatura de operacioacuten y extender la vida uacutetil de las celdas

La necesidad de recurrir a energiacuteas alternas ya no es una opcioacuten es un deber Existen muchos proyectos de energiacuteas limpias propuestos por institutos escuelas y empresas cuyo fin es buscar o proponer opciones para producir energiacutea de una forma distinta a la convencional En dicha forma convencional el deterioro al planeta ha sido atroz y desmedido La realidad es que por maacutes interesantes y factibles que sean los proyectos de energiacuteas alternas propuestos si no embonan con los intereses de las poliacuteticas econoacutemicas capitalistas no se llevan a cabo Es tiempo de mirar maacutes allaacute del valor monetario de las cosas pues eacutesta corta visioacuten del mundo no concuerda con el equilibrio bioloacutegico El costo de mirar el planeta como solo una fuente de materias primas para su explotacioacuten masiva olvidaacutendonos de que es ldquoel hogarrdquo nos llevaraacute a una muerte lenta pero segura

Bibliografiacutea

httpiieorgmxreno99aplipdf boletinmensual2009

Consultado el liacutenea 7-05-2015 httplaboratoriosfiubaarcididiwebcididinotastecnicas_pdflic_juarez2pdf Consultada en liacutenea 9-05-2015 httpconcyteggobmxideasConcytegArchivos72032011_CELDAS_COMBUSTIBLE_OXIDO_SOLIDOpdf Consultada en liacutenea 9-05-2015 Mosqueira P Salvador Introduccioacuten a la quiacutemica y el ambiente 3ra edicioacuten Editorial Patria Meacutexico DF 2014 605 pp

11 de mayo del 2015

Superconductividad

Arenas Rojas Samara y Caballero Muntildeoz Martha Alejandra

La conduccioacuten en teacuterminos generales es transporte de carga a traveacutes de un material es decir transporte de electrones a traveacutes de eacutestos Los metales que en general se les considera como el ejemplo de materiales conductores pierden los electrones de valencia para compartirlos con los de los demaacutes aacutetomos en un lsquomarrsquo de electrones libres deslocalizados que se mantienen asociados a los cationes metaacutelicos que les dieron origen Al aplicar al sistema una diferencia de potencial eacuteste mar de electrones comienza a moverse (individualmente) y comienza el flujo de electrones llamado corriente eleacutectrica Cuando se hace pasar una corriente eleacutectrica el material presenta cierta resistencia debido a las interacciones y colisiones entre ellos lo que los hace ir maacutes lento y perder energiacutea Eacutesta energiacutea disipada en forma de calor se conoce como efecto Joule La relacioacuten matemaacutetica que expresa la dependencia de la resistencia y la intensidad de corriente eleacutectrica se conoce como ley de Ohm 119881 = 119877119868

La superconductividad fue descubierta en 1911 por el fiacutesico holandeacutes Heike Karmeling Onnes (1853-1926) Se puede definir como el estado en el que un material presenta una gran conductividad Debido a que esta uacuteltima propiedad es el inverso de la resistividad cuando se tiene un superconductor la resistencia a la corriente es lo muy cercana a cero

Sin embargo el fenoacutemeno anterior no se presentan en a cualquier temperatura solo por debajo de una temperatura denomina criacutetica ldquoTcrdquo el efecto de la resistencia desparece cayendo repentinamente a cero como se puede observar en la figura 1 y por tanto haciendo el efecto joule nulo Los experimentos dejan claro que la resistencia es cero pues se han hecho mediciones sobre materiales que albergan una corriente eleacutectrica por muchos antildeos y eacutesta nunca decrece Eacutesta propiedad atenta contra el sentido comuacuten pues las vibraciones de los aacutetomos que causan el fenoacutemeno de

resistencia auacuten a temperaturas muy bajas siguen estando presentes

A temperaturas mayores a Tc dichos materiales actuacutean como conductores entonces la dependencia de la resistividad por la temperatura se expresar por medio de 120588(119879) = 1205880[1 + 120572(119879 minus 1198790)]

Donde α determina cual es comportamiento del material Cuando el paraacutemetro anterior es positivo el material es un conductor y se puede plantear la ley de Ohm a partir de la cual se puede reescribe la resistividad como

120588 =119898

1198991198902120591

De la cual el factor que determina el comportamiento superconductor es el tiempo medio de colisiones τ en dicho estado las colisiones inelaacutesticas no existen asiacute este paraacutemetro se va hasta el infinito y la resistividad se vuelve cero

Efecto del campo magneacutetico

La temperatura criacutetica se pude ver influenciada por un campo magneacutetico externo cuanto mayor sea este menor la temperatura a la que se presenta la transicioacuten al estado

superconductor un ejemplo de esto es el mercurio para el cual se muestra un diagrama de dicha dependencia (figura 2)

El campo externo miacutenimo que se tiene que aplicar a una Tc dada para realizar un cambio de fase se le conoce como campo criacutetico ldquoBcrdquo

La interaccioacuten del campo externo con el material superconductor se puede explicar por efecto Meissner

Una caracteriacutestica que presentan los estos materiales es que son diamagneacuteticos derivando en dos tipos los de clase uno solo presenta un campo magneacutetico en el cual se pierde todo caraacutecter superconductor por lo cual estos son repelidos por imanes permanentes Mientras que los de

Figura1 Conductor y

superconductor en funcioacuten de

la temperatura

Figura 2 Diagrama de fases de

mercurio

11 de mayo del 2015

clase dos presentan dos campos magneacuteticos criacuteticos en el primero empieza a influir el campo externo dentro del materia haciendo que los filamentos que se encuentra orientados en direccioacuten del campo regresen a la fase normal y con el segundo se pierde por completo el estado de superconductividad gracias a este comportamiento este tipo de materiales es utilizado como electroimanes

Teoriacutea BCS

Todo lo anterior puede explicar los fenoacutemenos que le ocurren a un superconductor y en queacute condiciones pero el estado superconductor se puede explicar atrevas de la teoriacutea BCS propuesta por Bardeen Coope y Schieffer en el antildeo de 1957

Lo que propusieron es que los electrones maacutes cercanos al nivel de Fermi (el uacuteltimo estado energeacutetico ocupado) forman un estado cuaacutentico colectivo hecho por pares de electrones (pares de Cooper) de diferente espiacuten y momento el estado colectivo es llamado Condensado Dicho acoplamiento resulta de la interaccioacuten de los electrones en la red cristalina en donde un electroacuten que al moverse genera una perturbacioacuten provoca que otro electroacuten se ponga en movimiento de tal suerte que se acopla con el primero Lo anterior solo se puede llevar acabo a bajas temperaturas donde la energiacutea de enlace se encuentra en meV y la de las interacciones columbinas es relativamente baja pudiendo ser superadas a este estado se le llama par Cooper

Los electrones de los pares de Cooper forman parte de un estado cuaacutentico colectivo como si pertenecieran a una sola onda o condensado en lugar de comportarse como una individual En estado no todos los electrones ocupan el mismo estado cuaacutentico (espacio y espiacuten) pero si adoptan toda una misma fase como una onda uacutenica en el mismo nivel de energiacutea

Cuando la temperatura del sistema es el cero absoluto todos los electrones se encuentran como pares Cooper y como todos se encuentran en el mismo nivel se mueve conjuntamente si se induce una corriente eleacutectrica no habraacute disipacioacuten por colisiones Si bien una pequentildea cantidad de energiacutea es suficiente para romper el par de Cooper el condensado requiere de mucho maacutes para lograr el mismo efecto pues cada par en el condensado estaacute ligado con los demaacutes El miacutenimo de energiacutea para lograr dicho efecto es conocido como GAP Por ejemplo en los metales pequentildeas tensiones eleacutectricas son suficientes para deshacerse del electroacuten mientras que en los superconductores esa energiacutea debe ser mayor

Materiales superconductores

En 1911 se descubrioacute que el mercurio presentaba

fenoacutemeno de superconductividad a bajas temperaturas

al que posteriormente se agregaron plomo estantildeo y

aluminio y algunos otros metales no buenos conductores

y aleaciones Despueacutes de algunos antildeos en las deacutecadas de

los 80rsquos se sintetizaron muchos compuestos con Cobre

En la actualidad se busca compuestos que presenten

las mismas caracteriacutesticas a temperaturas maacutes elevadas

Tal es el caso de NbTi que superconduce abajo de 9K (-

264degC) y Nb3Sn que superconduce debajo de 18K

Figura 3Par Cooper

Figura 4 Diagrama de dependencia de temperatura

critica en funcioacuten de tiempo para diferentes

materiales

11 de mayo del 2015

Usos y aplicaciones

Los superconductores ya se estaacuten usando en muchos

campos sobre todo de investigacioacuten Pero se pueden

encontrar en imagenologiacutea meacutedica trenes de alta

velocidad y microcircuitos En investigacioacuten se utilizan en

aceleradores de particular detectores ultrasensibles

magneacuteticos resonadores magneacuteticos

Una de estas tantas investigaciones derivo en el efecto Josephson en el cual dos superconductores son separados por un fina capa de aislante generando una corriente sin necesidad de que se aplique un voltaje gracias al efecto tuacutenel que pueden sufrir los pares Cooper Los dispositivos fiacutesicos que se arman para dicho efecto pueden ser utilizados para detectar campos magneacuteticos muy pequentildeos como lo son el producido por el cerebro de un ratoacuten

La aplicacioacuten de eacutestos a la vida cotidiana se ve detenida

por la necesidad de trabajar a muy bajas temperaturas

por lo que solo se pueden observar en condiciones

controladas A pesar de esto y debido a efecto Meissner

un uso muy conocido es la aplicacioacuten en los trenes balas

Bibliografiacutea

1 Sears Zemansky Fiacutesica Universitaria con fiacutesica moderna 12 ed Pearson education (2009)

2 Poole C Prozorov R etal Superconductivity 3rd Ed Elsevier (2014)

3 Diagrama de resistividad en funcioacuten de la temperatura critica httpjackstellarblogspotmx201301keuntungan-efisiensi-dan-jenishtml 7 de mayo del 2015

4 Angew Chem Int Ed EngI (1997) 36 1788-1806 Superconductivity and Chemistry Arndt Simon

5Ireson Gren Discovering superconductivity an investigative approach 1st Ed John Wiley amp Sons Ltd (2012)

6Physics Today September 2010 American Institute of physics The discover of superconductivity Dirk van Delft amp Peter Kes

7httpwwwsupraconductivitefrfrindexphp 9 de mayo 2015

Figura 5 Mapa conceptual de aplicaciones de los

superconductores

Figura 6 Magnanometro

11 de mayo del 2015

clase dos presentan dos campos magneacuteticos criacuteticos en el primero empieza a influir el campo externo dentro del materia haciendo que los filamentos que se encuentra orientados en direccioacuten del campo regresen a la fase normal y con el segundo se pierde por completo el estado de superconductividad gracias a este comportamiento este tipo de materiales es utilizado como electroimanes

Teoriacutea BCS

Todo lo anterior puede explicar los fenoacutemenos que le ocurren a un superconductor y en queacute condiciones pero el estado superconductor se puede explicar atrevas de la teoriacutea BCS propuesta por Bardeen Coope y Schieffer en el antildeo de 1957

Lo que propusieron es que los electrones maacutes cercanos al nivel de Fermi (el uacuteltimo estado energeacutetico ocupado) forman un estado cuaacutentico colectivo hecho por pares de electrones (pares de Cooper) de diferente espiacuten y momento el estado colectivo es llamado Condensado Dicho acoplamiento resulta de la interaccioacuten de los electrones en la red cristalina en donde un electroacuten que al moverse genera una perturbacioacuten provoca que otro electroacuten se ponga en movimiento de tal suerte que se acopla con el primero Lo anterior solo se puede llevar acabo a bajas temperaturas donde la energiacutea de enlace se encuentra en meV y la de las interacciones columbinas es relativamente baja pudiendo ser superadas a este estado se le llama par Cooper

Los electrones de los pares de Cooper forman parte de un estado cuaacutentico colectivo como si pertenecieran a una sola onda o condensado en lugar de comportarse como una individual En estado no todos los electrones ocupan el mismo estado cuaacutentico (espacio y espiacuten) pero si adoptan toda una misma fase como una onda uacutenica en el mismo nivel de energiacutea

Cuando la temperatura del sistema es el cero absoluto todos los electrones se encuentran como pares Cooper y como todos se encuentran en el mismo nivel se mueve conjuntamente si se induce una corriente eleacutectrica no habraacute disipacioacuten por colisiones Si bien una pequentildea cantidad de energiacutea es suficiente para romper el par de Cooper el condensado requiere de mucho maacutes para lograr el mismo efecto pues cada par en el condensado estaacute ligado con los demaacutes El miacutenimo de energiacutea para lograr dicho efecto es conocido como GAP Por ejemplo en los metales pequentildeas tensiones eleacutectricas son suficientes para deshacerse del electroacuten mientras que en los superconductores esa energiacutea debe ser mayor

Materiales superconductores

En 1911 se descubrioacute que el mercurio presentaba

fenoacutemeno de superconductividad a bajas temperaturas

al que posteriormente se agregaron plomo estantildeo y

aluminio y algunos otros metales no buenos conductores

y aleaciones Despueacutes de algunos antildeos en las deacutecadas de

los 80rsquos se sintetizaron muchos compuestos con Cobre

En la actualidad se busca compuestos que presenten

las mismas caracteriacutesticas a temperaturas maacutes elevadas

Tal es el caso de NbTi que superconduce abajo de 9K (-

264degC) y Nb3Sn que superconduce debajo de 18K

Figura 3Par Cooper

Figura 4 Diagrama de dependencia de temperatura

critica en funcioacuten de tiempo para diferentes

materiales

11 de mayo del 2015

Usos y aplicaciones

Los superconductores ya se estaacuten usando en muchos

campos sobre todo de investigacioacuten Pero se pueden

encontrar en imagenologiacutea meacutedica trenes de alta

velocidad y microcircuitos En investigacioacuten se utilizan en

aceleradores de particular detectores ultrasensibles

magneacuteticos resonadores magneacuteticos

Una de estas tantas investigaciones derivo en el efecto Josephson en el cual dos superconductores son separados por un fina capa de aislante generando una corriente sin necesidad de que se aplique un voltaje gracias al efecto tuacutenel que pueden sufrir los pares Cooper Los dispositivos fiacutesicos que se arman para dicho efecto pueden ser utilizados para detectar campos magneacuteticos muy pequentildeos como lo son el producido por el cerebro de un ratoacuten

La aplicacioacuten de eacutestos a la vida cotidiana se ve detenida

por la necesidad de trabajar a muy bajas temperaturas

por lo que solo se pueden observar en condiciones

controladas A pesar de esto y debido a efecto Meissner

un uso muy conocido es la aplicacioacuten en los trenes balas

Bibliografiacutea

1 Sears Zemansky Fiacutesica Universitaria con fiacutesica moderna 12 ed Pearson education (2009)

2 Poole C Prozorov R etal Superconductivity 3rd Ed Elsevier (2014)

3 Diagrama de resistividad en funcioacuten de la temperatura critica httpjackstellarblogspotmx201301keuntungan-efisiensi-dan-jenishtml 7 de mayo del 2015

4 Angew Chem Int Ed EngI (1997) 36 1788-1806 Superconductivity and Chemistry Arndt Simon

5Ireson Gren Discovering superconductivity an investigative approach 1st Ed John Wiley amp Sons Ltd (2012)

6Physics Today September 2010 American Institute of physics The discover of superconductivity Dirk van Delft amp Peter Kes

7httpwwwsupraconductivitefrfrindexphp 9 de mayo 2015

Figura 5 Mapa conceptual de aplicaciones de los

superconductores

Figura 6 Magnanometro

11 de mayo del 2015

Usos y aplicaciones

Los superconductores ya se estaacuten usando en muchos

campos sobre todo de investigacioacuten Pero se pueden

encontrar en imagenologiacutea meacutedica trenes de alta

velocidad y microcircuitos En investigacioacuten se utilizan en

aceleradores de particular detectores ultrasensibles

magneacuteticos resonadores magneacuteticos

Una de estas tantas investigaciones derivo en el efecto Josephson en el cual dos superconductores son separados por un fina capa de aislante generando una corriente sin necesidad de que se aplique un voltaje gracias al efecto tuacutenel que pueden sufrir los pares Cooper Los dispositivos fiacutesicos que se arman para dicho efecto pueden ser utilizados para detectar campos magneacuteticos muy pequentildeos como lo son el producido por el cerebro de un ratoacuten

La aplicacioacuten de eacutestos a la vida cotidiana se ve detenida

por la necesidad de trabajar a muy bajas temperaturas

por lo que solo se pueden observar en condiciones

controladas A pesar de esto y debido a efecto Meissner

un uso muy conocido es la aplicacioacuten en los trenes balas

Bibliografiacutea

1 Sears Zemansky Fiacutesica Universitaria con fiacutesica moderna 12 ed Pearson education (2009)

2 Poole C Prozorov R etal Superconductivity 3rd Ed Elsevier (2014)

3 Diagrama de resistividad en funcioacuten de la temperatura critica httpjackstellarblogspotmx201301keuntungan-efisiensi-dan-jenishtml 7 de mayo del 2015

4 Angew Chem Int Ed EngI (1997) 36 1788-1806 Superconductivity and Chemistry Arndt Simon

5Ireson Gren Discovering superconductivity an investigative approach 1st Ed John Wiley amp Sons Ltd (2012)

6Physics Today September 2010 American Institute of physics The discover of superconductivity Dirk van Delft amp Peter Kes

7httpwwwsupraconductivitefrfrindexphp 9 de mayo 2015

Figura 5 Mapa conceptual de aplicaciones de los

superconductores

Figura 6 Magnanometro

TRANSISTORES 1

Transistores Loacutepez Urrutia Yolanda Gabriela y Tenorio Hernaacutendez Adriana

Quiacutemica del Estado Soacutelido Facultad de Quiacutemica UNAM

Abril 2015

El transistor inventado en 1951 es el componente electroacutenico estrella pues inicioacute

una auteacutentica revolucioacuten en la electroacutenica que ha superado cualquier previsioacuten inicial

Con el transistor vino la miniaturizacioacuten de los componentes y se llegoacute al

descubrimiento de los circuitos integrados en los que se colocan en pocos miliacutemetros

cuadrados miles de transistores Estos circuitos constituyen el origen de los

microprocesadores y por lo tanto de los ordenadores actuales Por otra parte la

sustitucioacuten en los montajes electroacutenicos de las claacutesicas y antiguas vaacutelvulas de vaciacuteo

por los transistores reduce al maacuteximo las peacuterdidas de calor de los equipos Un

transistor es un componente que tiene baacutesicamente dos funciones

1- Deja pasar o corta sentildeales eleacutectricas a partir de una pequentildea sentildeal de mando

2- Funciona como un elemento amplificador de sentildeales

El transistor vienen a sustituir a las antiguas vaacutelvulas termoioacutenicas (un componente

electroacutenico utilizado para amplificar o modificar una sentildeal eleacutectrica mediante el

control del movimiento de los electrones en un espacio vaciacuteo a baja presioacuten o en

presencia de gases especialmente seleccionados) de hace unas deacutecadas Gracias a ellos

fue posible la construccioacuten de receptores de radio portaacutetiles llamados comuacutenmente

transistores televisores que se encienden en un par de segundos televisores etc

Antes de aparecer los transistores los aparatos a vaacutelvulas teniacutean que trabajar con

tensiones bastante altas tardaban maacutes de 30 segundos en empezar a funcionar y en

ninguacuten caso podiacutean funcionar a pilas debido al gran consumo que teniacutean

El transistor cumple funciones de amplificador oscilador y conmutador por lo que

estas caracteriacutesticas las encontramos en

TRANSISTORES 2

-Amplificacioacuten de todo tipo (radio televisioacuten aparatos auditivos e instrumentacioacuten)

-generacioacuten de sentildeal (generador de ondas y emisioacuten de radiofrecuencias)

-Conmutacioacuten actuando de interruptores (manipulacioacuten de laacutemparas)

-Deteccioacuten de radiacioacuten luminosa (fototransistores)

Un transistor cuenta con dos diodo PN debido a la adicioacuten de un pequentildeo porcentaje

de aacutetomos en la red cristalina regular de silicio o germanio produce cambios

dramaacuteticos en sus propiedades eleacutectricas produciendo de tipo n y de tipo p

semiconductores A traveacutes de los antildeos se ha buscado mejorar la potencia de los

transistores empleando compuestos que provoque una alta movilidad de electrones

A la fecha el GaAs es de los mejores materiales para la fabricacioacuten de transistores de

muy alta frecuencia

Hay dos tipos baacutesicos de transistor

a)Transistor bipolar o BJT (Bipolar Junction Transistor)

b)Transistor de efecto de campo FET (Field Effect Transistor) o unipolar

A) Transistor bipolar

Consta de tres cristales semiconductores (usualmente de silicio) unidos entre siacute

Seguacuten como se coloquen los cristales hay dos tipos baacutesicos de transistores bipolares

o Transistor NPN en este caso un cristal P estaacute

situado entre dos cristales N Son los maacutes comunes (Fig

1(a))

o Transistor PNP En este caso un cristal N estaacute

situado entre los cristales (Fig 1(b))

En cada uno de estos cristales se realiza un contacto metaacutelico lo que da origen a tres

terminales

Emisor (E) Se encarga de proporcionar portadores de carga

Colector (C) Se encarga de recoger portadores de agua

Fig 1 Transistor bipolar

(a) (b)

TRANSISTORES 3

Base (B) Controla el paso de corriente a traveacutes del transistor Es el cristal de en

medio

El conjunto se protege con una funda de plaacutestico o metal

B)Polarizacioacuten del transistor

Se entiende por polarizacioacuten del transistor las conexiones adecuadas que hay que

realizar con corriente continua (DC) para que pueda funcionar correctamente Si se

conectan dos bateriacuteas al transistor es decir con la unioacuten PN de la base-emisor

polarizada directamente y la unioacuten PN de la base-colector polarizado inversamente

Siempre que la tensioacuten de la base-emisor supere 07 V diremos que el transistor estaacute

polarizado es decir que funciona correctamente

Se concluye que la corriente por el colector de un transistor bipolar es proporcional a

la corriente por la base es decir a mayor corriente en la base mayor corriente en el

colector

Si la corriente de base es muy alta el transistor puede estropearse por eso la base del

transistor debe protegerse siempre con una resistencia de una valor alto

Bibliografiacutea

-Extraccioacuten de capacitancias parasitas de transistores de tres compuertas ldquotesis para obtener el

tiacutetulo de Ing Eleacutectrico electroacutenico de David Lucario Matiacuteasrdquo UNAM 2011

-Electroacutenica fundamentos dispositivos circuitos y sistemas M Cirovis Michael Edit Reverteacute

Espantildea 2003

Garciacutea Ruiz Mariana

Gonzaacutelez Rodriacuteguez Damayante

Aleaciones

Una aleacioacuten es una mezcla de dos o maacutes elementos de los cuales al menos uno de ellos es metaacutelico y es preparada mediante la combinacioacuten de los componentes fundidos que genera un soacutelido que exhibe propiedades metaacutelicas mejoradas (fiacutesicas y mecaacutenicas) con respecto a los metales puros luego de su enfriamiento Suelen formarse a partir de dos metales electropositivos que poseen electronegatividades similares Tambieacuten pueden contener no metales como P C Si S o As

Aquiacute trataremos dos clasificaciones de las aleaciones la primera haciendo referencia a su estructura Una aleacioacuten homogeacutenea se puede considerar una solucioacuten soacutelida en la cual los aacutetomos de un metal puro B (soluto) se distribuyen de manera aleatoria entre los aacutetomos de un metal puro A (solvente) esto quiere decir que es soluble entoces la estructura cristalograacutefica de la aleacioacuten corresponde a la de A Asiacute a estas soluciones soacutelidas podemos clasificarlas en sustitucionales o intersticiales

Tenemos una solucioacuten soacutelida sustitucional cuando el soluto B sustituye aacutetomos del solvente A en el arreglo cristalino Se forma si cumple que los radios atoacutemicos de los elementos no variacuteen maacutes de 15 uno del otro que las estructuras cristalinas de los dos metales puros sean las mismas con igual nuacutemero de coordinacioacuten y valencia y que los caracteres electropositivos de los dos componentes sean similares (de lo contrario la formacioacuten de un compuesto es maacutes probable) Si esto no se cumple solo se tendraacute una solubilidad parcial

En cambio hay soluciones soacutelidas intersticiales en las cuales los huecos dentro de la red de la estructura del metal original son ocupados por pequentildeos aacutetomos adicionales Se forman entre metales y aacutetomos pequentildeos (como C N B) En estas los aacutetomos pequentildeos B ingresan en el soacutelido hueacutesped A preservando la estructura cristalina del metal sin trasferir electrones ni constituyeacutendose como especies ioacutenicas A mayor grado de distorcioacuten de las redes aumentaraacute la dureza Un ejemplo es la cementita Fe3C

Por otra parte los compuestos intermetaacutelicos son aleaciones en las cuales la estructura adoptada es diferente de cualquiera de los metales componentes asiacute

que las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas que exhiben tambieacuten son diferentes Por lo general el enlace metaacutelico se debilita favorecieacutendose el enlace ioacutenico (cuando se trata de un metal con un no metal) e incluso el covalente Tienen una estequiometria definida y generalmente son fraacutegiles y de fusioacuten elevada Un ejemplo es el Mg2Sn Se puede formar un compuesto quiacutemico cuando la relacioacuten del nuacutemero de aacutetomos presentes de cada elemento coincide con la relacioacuten estequiomeacutetrica El arreglo formado ademaacutes de ser diferente del de los componentes originales es regular con enlaces riacutegidos

Sin embargo tambieacuten se puede dar el caso de que B tenga baja solubilidad en A asiacute que ambos permanecen con su propia estructura cristalograacutefica No obstante la pequentildea distorcioacuten en las redes que se produce por el hecho de estar mezclados puede afectar propiedades tan sensibles como la conductividad eleacutectrica (la disminuye) Tambieacuten como se interrumpe la continuidad de los materiales los deslizamientos de los planos ya no son posibles y se disminuye la deformacioacuten plaacutestica Las fases formadas se pueden distinguir bajo el microscopio electroacutenico o por difraccioacuten de rayos X A estas se les conoce como mezclas mecaacutenicas

Hay una gran abundancia de hierro en la corteza terrestre por este motivo el hierro y sus aleaciones fundamentalmente los aceros representan maacutes del 90 de la produccioacuten mundial de metales Tomando esto en cuenta tenemos una segunda clasificacioacuten para las aleaciones en ferrosas (aquellas a base de hierro) y no ferrosas (a base de otros metales como Al Mg Be Cu Ti Ni etc)

Las aleaciones ferrosas maacutes importantes los aceros (hierro y carbono) se clasifican en simples o aleados y los simples a su vez en aceros de bajo medio o alto carbono por la concentracioacuten de este elemento Cabe destacar que los elementos no metaacutelicos se encuentran en concentraciones mucho maacutes bajas dentro de la aleacioacuten que las de los metales Los aceros simples se utilizan principalmente en estructuras elementos de maacutequinas (ejes resortes engranes) herramientas y tornillos etc

La gran produccioacuten de aceros y otras aleaciones del hierro se debe no solo a sus buenas propiedades de resistencia tenacidad y ductilidad sino tambieacuten por su bajo coste Sin embargo tambieacuten tiene algunos inconvenientes como su densidad relativamente alta conductividad eleacutectrica baja y susceptibilidad a la corrosioacuten

Los aceros aleados son aquellos a los que se les agregan pequentildeas cantidades (menores al 5) de elementos de aleacioacuten como Cr Mo Ni W Va Si Mn etc Lo que se busca es aumentar su resistencia a la corrosioacuten entre otras propiedades Por ejemplo los aceros inoxidables son aleaciones de Fe-Cr o Fe-Cr-Ni con una miacutenima cantidad de carbono Algunas de sus aplicaciones estaacuten en la fabricacioacuten de tuberiacuteas recipientes de proceso vaacutelvulas resortes cuchilleriacuteas en la construccioacuten etc

En cuanto a las aleaciones no ferrosas las principales son las de aluminio con Cu Mg Ni Si Zn y Li que se usan en componentes para aviones envases para alimentos componentes automotrices etc Tambieacuten estaacute la aleacioacuten Cu-Sn (bronce) como conductor eleacutectrico en tuberiacuteas artesaniacuteas engranes y cerraduras Las aleaciones de Ti tienen grandes aplicaciones biomeacutedicas

Por uacuteltimo podemos mencionar que los diagramas de fases son muy uacutetiles en el estudio de las aleaciones ya que resumen de forma graacutefica los rangos de temperatura y composicioacuten en los que ciertas fases existen en condiciones de equilibrio De esta forma se pueden conocer por ejemplo los elementos de partida para una determinada siacutentesis

Bibliografiacutea

Atkins andShriver Quiacutemica Inorgaacutenica Mc Graw Hill 2008 Paacuteg 77-80

Smith Fundamentos de la ciencia e ingenieriacutea de materiales Mc Graw Hill 4ta edicioacuten

Eduardo Torres Alpizar Apuntes acerca del tratamiento teacutermico y la clasificacioacuten general de los aceros

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

EL CEMENTO

El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacioacuten a 1450degC de una mezcla de materiales inorgaacutenicos como la piedra

caliza arcilla y mineral de hierro El producto del proceso de calcinacioacuten es el clinker mdashprincipal ingrediente del cementomdash

que se muele finamente con yeso y otros aditivos quiacutemicos para producir cemento El cemento es el material de construccioacuten

maacutes utilizado en el mundo Presenta propiedades tales como resistencia a la compresioacuten (el material de construccioacuten con la

mayor resistencia por costo unitario) durabilidad y esteacutetica para una diversidad de aplicaciones de construccioacuten

Cuando el cemento es mezclado con agua forma una pasta que despueacutes fragua y se endurece a causa de las reacciones de

hidroacutelisis e hidratacioacuten de sus constituyentes dando lugar a productos hidratados mecaacutenicamente resistentes y estables tanto

al aire como bajo agua Este fenoacutemeno es especialmente uacutetil porque permite producir estructuras soacutelidas y riacutegidas que tengan

casi todas las formas que se deseen Este material actuacutea como fase ligante que enlaza quiacutemicamente agregados de partiacuteculas

en una uacutenica estructura cohesionada el enlace en el cemento se forma a temperatura ambiente

El cemento es un aglutinante de partiacuteculas muy pequentildeas compuesto de varias proporciones de minerales tales como

3CaOmiddotAl2O3 (3CmiddotA) 2CaOmiddotSiO2 (2CmiddotS) 3CaOmiddot SiO2 (3CmiddotS) 4CaOmiddotAl2O3middotFe2O3 (4CmiddotAmiddotF) entre otros En la terminologiacutea del cemento a

veces CaO SiO2 Al2O3 y Fe2O3 se conocen como C S A Y F respectivamente Por tanto C3S significa 3CaOmiddotSiO2 Cuando se le

agrega agua al cemento ocurre una reaccioacuten de hidratacioacuten que produce un gel soacutelido que une las partiacuteculas de agregados

Las reacciones posibles incluyen

3CaO middot Al2O3 + 6H2O rarr Ca3Al2(OH)12 + calor

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

3CaO + SiO2 + (x + 1)H2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + Ca(OH)2 + calor

Ca31198601198972O6 + 6H2O(119897) rarr Ca31198601198972O6 ∙ 61198672119874

Ca31198601198972O6 + 3CaSO4 ∙ 21198672119874 + 30H2O(119897) rarr Ca611986011989721198783O18 ∙ 321198672119874

La composicioacuten del cemento ayuda a determinar la velocidad del fraguado (o curado) y sus propiedades finales Por ejemplo el

3CaOmiddotAl2O3 y el 3CaOmiddot SiO2 producen fraguados raacutepidos pero bajas resistencias El 2CaOmiddot SiO2 reacciona maacutes lentamente

durante la hidratacioacuten pero produce resistencias maacutes elevadas Normalmente se espera que el concreto se fraguumle es decir

se endurezca perdiendo su plasticidad casi por completo en 28 diacuteas aunque algo de curado adicional puede seguir ocurriendo

durante antildeos

La hidratacioacuten del cemento implica una serie de reacciones exoteacutermicas que liberan una gran cantidad de calor el

desprendimiento de calor se lleva a cabo durante un periacuteodo y la tasa de evolucioacuten de calor es tan importante como la

cantidad total de calor Varias relaciones empiacutericas entre la composicioacuten del cemento el calor de hidratacioacuten y el tiempo

transcurrido se han desarrollado Eacutestos toman la forma tiacutepica

119888119886119897119900119903 119889119890 ℎ119894119889119903119886119905119886119888119894oacute119899 = 1198601199091198623119878 + 1198611199091198622119878 + 1198621199091198623119860 + 1198631199091198624119860119865

Donde 119909119894 es la fraccioacuten en peso de cada componente i y A B C y D son constantes empiacutericas que variacutean con el tiempo lo que

refleja los cambios en la composicioacuten del cemento mientras se endurece el calor de hidratacioacuten se mide en joules por gramo

de cemento Por ejemplo los calores de hidratacioacuten despueacutes de tres diacuteas H (3 d) y despueacutes de un antildeo H (1 antildeo) se dan de la

siguiente manera

H (3 d) = 2401199091198623119878 + 501199091198622119878 + 8801199091198623119860 + 2901199091198624119860119865

H (1 antildeo) = 4901199091198623119878 + 2251199091198622119878 + 11601199091198623119860 + 3751199091198624119860119865

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

TRANSISTORES 3

Base (B) Controla el paso de corriente a traveacutes del transistor Es el cristal de en

medio

El conjunto se protege con una funda de plaacutestico o metal

B)Polarizacioacuten del transistor

Se entiende por polarizacioacuten del transistor las conexiones adecuadas que hay que

realizar con corriente continua (DC) para que pueda funcionar correctamente Si se

conectan dos bateriacuteas al transistor es decir con la unioacuten PN de la base-emisor

polarizada directamente y la unioacuten PN de la base-colector polarizado inversamente

Siempre que la tensioacuten de la base-emisor supere 07 V diremos que el transistor estaacute

polarizado es decir que funciona correctamente

Se concluye que la corriente por el colector de un transistor bipolar es proporcional a

la corriente por la base es decir a mayor corriente en la base mayor corriente en el

colector

Si la corriente de base es muy alta el transistor puede estropearse por eso la base del

transistor debe protegerse siempre con una resistencia de una valor alto

Bibliografiacutea

-Extraccioacuten de capacitancias parasitas de transistores de tres compuertas ldquotesis para obtener el

tiacutetulo de Ing Eleacutectrico electroacutenico de David Lucario Matiacuteasrdquo UNAM 2011

-Electroacutenica fundamentos dispositivos circuitos y sistemas M Cirovis Michael Edit Reverteacute

Espantildea 2003

Garciacutea Ruiz Mariana

Gonzaacutelez Rodriacuteguez Damayante

Aleaciones

Una aleacioacuten es una mezcla de dos o maacutes elementos de los cuales al menos uno de ellos es metaacutelico y es preparada mediante la combinacioacuten de los componentes fundidos que genera un soacutelido que exhibe propiedades metaacutelicas mejoradas (fiacutesicas y mecaacutenicas) con respecto a los metales puros luego de su enfriamiento Suelen formarse a partir de dos metales electropositivos que poseen electronegatividades similares Tambieacuten pueden contener no metales como P C Si S o As

Aquiacute trataremos dos clasificaciones de las aleaciones la primera haciendo referencia a su estructura Una aleacioacuten homogeacutenea se puede considerar una solucioacuten soacutelida en la cual los aacutetomos de un metal puro B (soluto) se distribuyen de manera aleatoria entre los aacutetomos de un metal puro A (solvente) esto quiere decir que es soluble entoces la estructura cristalograacutefica de la aleacioacuten corresponde a la de A Asiacute a estas soluciones soacutelidas podemos clasificarlas en sustitucionales o intersticiales

Tenemos una solucioacuten soacutelida sustitucional cuando el soluto B sustituye aacutetomos del solvente A en el arreglo cristalino Se forma si cumple que los radios atoacutemicos de los elementos no variacuteen maacutes de 15 uno del otro que las estructuras cristalinas de los dos metales puros sean las mismas con igual nuacutemero de coordinacioacuten y valencia y que los caracteres electropositivos de los dos componentes sean similares (de lo contrario la formacioacuten de un compuesto es maacutes probable) Si esto no se cumple solo se tendraacute una solubilidad parcial

En cambio hay soluciones soacutelidas intersticiales en las cuales los huecos dentro de la red de la estructura del metal original son ocupados por pequentildeos aacutetomos adicionales Se forman entre metales y aacutetomos pequentildeos (como C N B) En estas los aacutetomos pequentildeos B ingresan en el soacutelido hueacutesped A preservando la estructura cristalina del metal sin trasferir electrones ni constituyeacutendose como especies ioacutenicas A mayor grado de distorcioacuten de las redes aumentaraacute la dureza Un ejemplo es la cementita Fe3C

Por otra parte los compuestos intermetaacutelicos son aleaciones en las cuales la estructura adoptada es diferente de cualquiera de los metales componentes asiacute

que las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas que exhiben tambieacuten son diferentes Por lo general el enlace metaacutelico se debilita favorecieacutendose el enlace ioacutenico (cuando se trata de un metal con un no metal) e incluso el covalente Tienen una estequiometria definida y generalmente son fraacutegiles y de fusioacuten elevada Un ejemplo es el Mg2Sn Se puede formar un compuesto quiacutemico cuando la relacioacuten del nuacutemero de aacutetomos presentes de cada elemento coincide con la relacioacuten estequiomeacutetrica El arreglo formado ademaacutes de ser diferente del de los componentes originales es regular con enlaces riacutegidos

Sin embargo tambieacuten se puede dar el caso de que B tenga baja solubilidad en A asiacute que ambos permanecen con su propia estructura cristalograacutefica No obstante la pequentildea distorcioacuten en las redes que se produce por el hecho de estar mezclados puede afectar propiedades tan sensibles como la conductividad eleacutectrica (la disminuye) Tambieacuten como se interrumpe la continuidad de los materiales los deslizamientos de los planos ya no son posibles y se disminuye la deformacioacuten plaacutestica Las fases formadas se pueden distinguir bajo el microscopio electroacutenico o por difraccioacuten de rayos X A estas se les conoce como mezclas mecaacutenicas

Hay una gran abundancia de hierro en la corteza terrestre por este motivo el hierro y sus aleaciones fundamentalmente los aceros representan maacutes del 90 de la produccioacuten mundial de metales Tomando esto en cuenta tenemos una segunda clasificacioacuten para las aleaciones en ferrosas (aquellas a base de hierro) y no ferrosas (a base de otros metales como Al Mg Be Cu Ti Ni etc)

Las aleaciones ferrosas maacutes importantes los aceros (hierro y carbono) se clasifican en simples o aleados y los simples a su vez en aceros de bajo medio o alto carbono por la concentracioacuten de este elemento Cabe destacar que los elementos no metaacutelicos se encuentran en concentraciones mucho maacutes bajas dentro de la aleacioacuten que las de los metales Los aceros simples se utilizan principalmente en estructuras elementos de maacutequinas (ejes resortes engranes) herramientas y tornillos etc

La gran produccioacuten de aceros y otras aleaciones del hierro se debe no solo a sus buenas propiedades de resistencia tenacidad y ductilidad sino tambieacuten por su bajo coste Sin embargo tambieacuten tiene algunos inconvenientes como su densidad relativamente alta conductividad eleacutectrica baja y susceptibilidad a la corrosioacuten

Los aceros aleados son aquellos a los que se les agregan pequentildeas cantidades (menores al 5) de elementos de aleacioacuten como Cr Mo Ni W Va Si Mn etc Lo que se busca es aumentar su resistencia a la corrosioacuten entre otras propiedades Por ejemplo los aceros inoxidables son aleaciones de Fe-Cr o Fe-Cr-Ni con una miacutenima cantidad de carbono Algunas de sus aplicaciones estaacuten en la fabricacioacuten de tuberiacuteas recipientes de proceso vaacutelvulas resortes cuchilleriacuteas en la construccioacuten etc

En cuanto a las aleaciones no ferrosas las principales son las de aluminio con Cu Mg Ni Si Zn y Li que se usan en componentes para aviones envases para alimentos componentes automotrices etc Tambieacuten estaacute la aleacioacuten Cu-Sn (bronce) como conductor eleacutectrico en tuberiacuteas artesaniacuteas engranes y cerraduras Las aleaciones de Ti tienen grandes aplicaciones biomeacutedicas

Por uacuteltimo podemos mencionar que los diagramas de fases son muy uacutetiles en el estudio de las aleaciones ya que resumen de forma graacutefica los rangos de temperatura y composicioacuten en los que ciertas fases existen en condiciones de equilibrio De esta forma se pueden conocer por ejemplo los elementos de partida para una determinada siacutentesis

Bibliografiacutea

Atkins andShriver Quiacutemica Inorgaacutenica Mc Graw Hill 2008 Paacuteg 77-80

Smith Fundamentos de la ciencia e ingenieriacutea de materiales Mc Graw Hill 4ta edicioacuten

Eduardo Torres Alpizar Apuntes acerca del tratamiento teacutermico y la clasificacioacuten general de los aceros

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

EL CEMENTO

El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacioacuten a 1450degC de una mezcla de materiales inorgaacutenicos como la piedra

caliza arcilla y mineral de hierro El producto del proceso de calcinacioacuten es el clinker mdashprincipal ingrediente del cementomdash

que se muele finamente con yeso y otros aditivos quiacutemicos para producir cemento El cemento es el material de construccioacuten

maacutes utilizado en el mundo Presenta propiedades tales como resistencia a la compresioacuten (el material de construccioacuten con la

mayor resistencia por costo unitario) durabilidad y esteacutetica para una diversidad de aplicaciones de construccioacuten

Cuando el cemento es mezclado con agua forma una pasta que despueacutes fragua y se endurece a causa de las reacciones de

hidroacutelisis e hidratacioacuten de sus constituyentes dando lugar a productos hidratados mecaacutenicamente resistentes y estables tanto

al aire como bajo agua Este fenoacutemeno es especialmente uacutetil porque permite producir estructuras soacutelidas y riacutegidas que tengan

casi todas las formas que se deseen Este material actuacutea como fase ligante que enlaza quiacutemicamente agregados de partiacuteculas

en una uacutenica estructura cohesionada el enlace en el cemento se forma a temperatura ambiente

El cemento es un aglutinante de partiacuteculas muy pequentildeas compuesto de varias proporciones de minerales tales como

3CaOmiddotAl2O3 (3CmiddotA) 2CaOmiddotSiO2 (2CmiddotS) 3CaOmiddot SiO2 (3CmiddotS) 4CaOmiddotAl2O3middotFe2O3 (4CmiddotAmiddotF) entre otros En la terminologiacutea del cemento a

veces CaO SiO2 Al2O3 y Fe2O3 se conocen como C S A Y F respectivamente Por tanto C3S significa 3CaOmiddotSiO2 Cuando se le

agrega agua al cemento ocurre una reaccioacuten de hidratacioacuten que produce un gel soacutelido que une las partiacuteculas de agregados

Las reacciones posibles incluyen

3CaO middot Al2O3 + 6H2O rarr Ca3Al2(OH)12 + calor

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

3CaO + SiO2 + (x + 1)H2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + Ca(OH)2 + calor

Ca31198601198972O6 + 6H2O(119897) rarr Ca31198601198972O6 ∙ 61198672119874

Ca31198601198972O6 + 3CaSO4 ∙ 21198672119874 + 30H2O(119897) rarr Ca611986011989721198783O18 ∙ 321198672119874

La composicioacuten del cemento ayuda a determinar la velocidad del fraguado (o curado) y sus propiedades finales Por ejemplo el

3CaOmiddotAl2O3 y el 3CaOmiddot SiO2 producen fraguados raacutepidos pero bajas resistencias El 2CaOmiddot SiO2 reacciona maacutes lentamente

durante la hidratacioacuten pero produce resistencias maacutes elevadas Normalmente se espera que el concreto se fraguumle es decir

se endurezca perdiendo su plasticidad casi por completo en 28 diacuteas aunque algo de curado adicional puede seguir ocurriendo

durante antildeos

La hidratacioacuten del cemento implica una serie de reacciones exoteacutermicas que liberan una gran cantidad de calor el

desprendimiento de calor se lleva a cabo durante un periacuteodo y la tasa de evolucioacuten de calor es tan importante como la

cantidad total de calor Varias relaciones empiacutericas entre la composicioacuten del cemento el calor de hidratacioacuten y el tiempo

transcurrido se han desarrollado Eacutestos toman la forma tiacutepica

119888119886119897119900119903 119889119890 ℎ119894119889119903119886119905119886119888119894oacute119899 = 1198601199091198623119878 + 1198611199091198622119878 + 1198621199091198623119860 + 1198631199091198624119860119865

Donde 119909119894 es la fraccioacuten en peso de cada componente i y A B C y D son constantes empiacutericas que variacutean con el tiempo lo que

refleja los cambios en la composicioacuten del cemento mientras se endurece el calor de hidratacioacuten se mide en joules por gramo

de cemento Por ejemplo los calores de hidratacioacuten despueacutes de tres diacuteas H (3 d) y despueacutes de un antildeo H (1 antildeo) se dan de la

siguiente manera

H (3 d) = 2401199091198623119878 + 501199091198622119878 + 8801199091198623119860 + 2901199091198624119860119865

H (1 antildeo) = 4901199091198623119878 + 2251199091198622119878 + 11601199091198623119860 + 3751199091198624119860119865

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

Garciacutea Ruiz Mariana

Gonzaacutelez Rodriacuteguez Damayante

Aleaciones

Una aleacioacuten es una mezcla de dos o maacutes elementos de los cuales al menos uno de ellos es metaacutelico y es preparada mediante la combinacioacuten de los componentes fundidos que genera un soacutelido que exhibe propiedades metaacutelicas mejoradas (fiacutesicas y mecaacutenicas) con respecto a los metales puros luego de su enfriamiento Suelen formarse a partir de dos metales electropositivos que poseen electronegatividades similares Tambieacuten pueden contener no metales como P C Si S o As

Aquiacute trataremos dos clasificaciones de las aleaciones la primera haciendo referencia a su estructura Una aleacioacuten homogeacutenea se puede considerar una solucioacuten soacutelida en la cual los aacutetomos de un metal puro B (soluto) se distribuyen de manera aleatoria entre los aacutetomos de un metal puro A (solvente) esto quiere decir que es soluble entoces la estructura cristalograacutefica de la aleacioacuten corresponde a la de A Asiacute a estas soluciones soacutelidas podemos clasificarlas en sustitucionales o intersticiales

Tenemos una solucioacuten soacutelida sustitucional cuando el soluto B sustituye aacutetomos del solvente A en el arreglo cristalino Se forma si cumple que los radios atoacutemicos de los elementos no variacuteen maacutes de 15 uno del otro que las estructuras cristalinas de los dos metales puros sean las mismas con igual nuacutemero de coordinacioacuten y valencia y que los caracteres electropositivos de los dos componentes sean similares (de lo contrario la formacioacuten de un compuesto es maacutes probable) Si esto no se cumple solo se tendraacute una solubilidad parcial

En cambio hay soluciones soacutelidas intersticiales en las cuales los huecos dentro de la red de la estructura del metal original son ocupados por pequentildeos aacutetomos adicionales Se forman entre metales y aacutetomos pequentildeos (como C N B) En estas los aacutetomos pequentildeos B ingresan en el soacutelido hueacutesped A preservando la estructura cristalina del metal sin trasferir electrones ni constituyeacutendose como especies ioacutenicas A mayor grado de distorcioacuten de las redes aumentaraacute la dureza Un ejemplo es la cementita Fe3C

Por otra parte los compuestos intermetaacutelicos son aleaciones en las cuales la estructura adoptada es diferente de cualquiera de los metales componentes asiacute

que las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas que exhiben tambieacuten son diferentes Por lo general el enlace metaacutelico se debilita favorecieacutendose el enlace ioacutenico (cuando se trata de un metal con un no metal) e incluso el covalente Tienen una estequiometria definida y generalmente son fraacutegiles y de fusioacuten elevada Un ejemplo es el Mg2Sn Se puede formar un compuesto quiacutemico cuando la relacioacuten del nuacutemero de aacutetomos presentes de cada elemento coincide con la relacioacuten estequiomeacutetrica El arreglo formado ademaacutes de ser diferente del de los componentes originales es regular con enlaces riacutegidos

Sin embargo tambieacuten se puede dar el caso de que B tenga baja solubilidad en A asiacute que ambos permanecen con su propia estructura cristalograacutefica No obstante la pequentildea distorcioacuten en las redes que se produce por el hecho de estar mezclados puede afectar propiedades tan sensibles como la conductividad eleacutectrica (la disminuye) Tambieacuten como se interrumpe la continuidad de los materiales los deslizamientos de los planos ya no son posibles y se disminuye la deformacioacuten plaacutestica Las fases formadas se pueden distinguir bajo el microscopio electroacutenico o por difraccioacuten de rayos X A estas se les conoce como mezclas mecaacutenicas

Hay una gran abundancia de hierro en la corteza terrestre por este motivo el hierro y sus aleaciones fundamentalmente los aceros representan maacutes del 90 de la produccioacuten mundial de metales Tomando esto en cuenta tenemos una segunda clasificacioacuten para las aleaciones en ferrosas (aquellas a base de hierro) y no ferrosas (a base de otros metales como Al Mg Be Cu Ti Ni etc)

Las aleaciones ferrosas maacutes importantes los aceros (hierro y carbono) se clasifican en simples o aleados y los simples a su vez en aceros de bajo medio o alto carbono por la concentracioacuten de este elemento Cabe destacar que los elementos no metaacutelicos se encuentran en concentraciones mucho maacutes bajas dentro de la aleacioacuten que las de los metales Los aceros simples se utilizan principalmente en estructuras elementos de maacutequinas (ejes resortes engranes) herramientas y tornillos etc

La gran produccioacuten de aceros y otras aleaciones del hierro se debe no solo a sus buenas propiedades de resistencia tenacidad y ductilidad sino tambieacuten por su bajo coste Sin embargo tambieacuten tiene algunos inconvenientes como su densidad relativamente alta conductividad eleacutectrica baja y susceptibilidad a la corrosioacuten

Los aceros aleados son aquellos a los que se les agregan pequentildeas cantidades (menores al 5) de elementos de aleacioacuten como Cr Mo Ni W Va Si Mn etc Lo que se busca es aumentar su resistencia a la corrosioacuten entre otras propiedades Por ejemplo los aceros inoxidables son aleaciones de Fe-Cr o Fe-Cr-Ni con una miacutenima cantidad de carbono Algunas de sus aplicaciones estaacuten en la fabricacioacuten de tuberiacuteas recipientes de proceso vaacutelvulas resortes cuchilleriacuteas en la construccioacuten etc

En cuanto a las aleaciones no ferrosas las principales son las de aluminio con Cu Mg Ni Si Zn y Li que se usan en componentes para aviones envases para alimentos componentes automotrices etc Tambieacuten estaacute la aleacioacuten Cu-Sn (bronce) como conductor eleacutectrico en tuberiacuteas artesaniacuteas engranes y cerraduras Las aleaciones de Ti tienen grandes aplicaciones biomeacutedicas

Por uacuteltimo podemos mencionar que los diagramas de fases son muy uacutetiles en el estudio de las aleaciones ya que resumen de forma graacutefica los rangos de temperatura y composicioacuten en los que ciertas fases existen en condiciones de equilibrio De esta forma se pueden conocer por ejemplo los elementos de partida para una determinada siacutentesis

Bibliografiacutea

Atkins andShriver Quiacutemica Inorgaacutenica Mc Graw Hill 2008 Paacuteg 77-80

Smith Fundamentos de la ciencia e ingenieriacutea de materiales Mc Graw Hill 4ta edicioacuten

Eduardo Torres Alpizar Apuntes acerca del tratamiento teacutermico y la clasificacioacuten general de los aceros

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

EL CEMENTO

El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacioacuten a 1450degC de una mezcla de materiales inorgaacutenicos como la piedra

caliza arcilla y mineral de hierro El producto del proceso de calcinacioacuten es el clinker mdashprincipal ingrediente del cementomdash

que se muele finamente con yeso y otros aditivos quiacutemicos para producir cemento El cemento es el material de construccioacuten

maacutes utilizado en el mundo Presenta propiedades tales como resistencia a la compresioacuten (el material de construccioacuten con la

mayor resistencia por costo unitario) durabilidad y esteacutetica para una diversidad de aplicaciones de construccioacuten

Cuando el cemento es mezclado con agua forma una pasta que despueacutes fragua y se endurece a causa de las reacciones de

hidroacutelisis e hidratacioacuten de sus constituyentes dando lugar a productos hidratados mecaacutenicamente resistentes y estables tanto

al aire como bajo agua Este fenoacutemeno es especialmente uacutetil porque permite producir estructuras soacutelidas y riacutegidas que tengan

casi todas las formas que se deseen Este material actuacutea como fase ligante que enlaza quiacutemicamente agregados de partiacuteculas

en una uacutenica estructura cohesionada el enlace en el cemento se forma a temperatura ambiente

El cemento es un aglutinante de partiacuteculas muy pequentildeas compuesto de varias proporciones de minerales tales como

3CaOmiddotAl2O3 (3CmiddotA) 2CaOmiddotSiO2 (2CmiddotS) 3CaOmiddot SiO2 (3CmiddotS) 4CaOmiddotAl2O3middotFe2O3 (4CmiddotAmiddotF) entre otros En la terminologiacutea del cemento a

veces CaO SiO2 Al2O3 y Fe2O3 se conocen como C S A Y F respectivamente Por tanto C3S significa 3CaOmiddotSiO2 Cuando se le

agrega agua al cemento ocurre una reaccioacuten de hidratacioacuten que produce un gel soacutelido que une las partiacuteculas de agregados

Las reacciones posibles incluyen

3CaO middot Al2O3 + 6H2O rarr Ca3Al2(OH)12 + calor

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

3CaO + SiO2 + (x + 1)H2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + Ca(OH)2 + calor

Ca31198601198972O6 + 6H2O(119897) rarr Ca31198601198972O6 ∙ 61198672119874

Ca31198601198972O6 + 3CaSO4 ∙ 21198672119874 + 30H2O(119897) rarr Ca611986011989721198783O18 ∙ 321198672119874

La composicioacuten del cemento ayuda a determinar la velocidad del fraguado (o curado) y sus propiedades finales Por ejemplo el

3CaOmiddotAl2O3 y el 3CaOmiddot SiO2 producen fraguados raacutepidos pero bajas resistencias El 2CaOmiddot SiO2 reacciona maacutes lentamente

durante la hidratacioacuten pero produce resistencias maacutes elevadas Normalmente se espera que el concreto se fraguumle es decir

se endurezca perdiendo su plasticidad casi por completo en 28 diacuteas aunque algo de curado adicional puede seguir ocurriendo

durante antildeos

La hidratacioacuten del cemento implica una serie de reacciones exoteacutermicas que liberan una gran cantidad de calor el

desprendimiento de calor se lleva a cabo durante un periacuteodo y la tasa de evolucioacuten de calor es tan importante como la

cantidad total de calor Varias relaciones empiacutericas entre la composicioacuten del cemento el calor de hidratacioacuten y el tiempo

transcurrido se han desarrollado Eacutestos toman la forma tiacutepica

119888119886119897119900119903 119889119890 ℎ119894119889119903119886119905119886119888119894oacute119899 = 1198601199091198623119878 + 1198611199091198622119878 + 1198621199091198623119860 + 1198631199091198624119860119865

Donde 119909119894 es la fraccioacuten en peso de cada componente i y A B C y D son constantes empiacutericas que variacutean con el tiempo lo que

refleja los cambios en la composicioacuten del cemento mientras se endurece el calor de hidratacioacuten se mide en joules por gramo

de cemento Por ejemplo los calores de hidratacioacuten despueacutes de tres diacuteas H (3 d) y despueacutes de un antildeo H (1 antildeo) se dan de la

siguiente manera

H (3 d) = 2401199091198623119878 + 501199091198622119878 + 8801199091198623119860 + 2901199091198624119860119865

H (1 antildeo) = 4901199091198623119878 + 2251199091198622119878 + 11601199091198623119860 + 3751199091198624119860119865

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

que las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas que exhiben tambieacuten son diferentes Por lo general el enlace metaacutelico se debilita favorecieacutendose el enlace ioacutenico (cuando se trata de un metal con un no metal) e incluso el covalente Tienen una estequiometria definida y generalmente son fraacutegiles y de fusioacuten elevada Un ejemplo es el Mg2Sn Se puede formar un compuesto quiacutemico cuando la relacioacuten del nuacutemero de aacutetomos presentes de cada elemento coincide con la relacioacuten estequiomeacutetrica El arreglo formado ademaacutes de ser diferente del de los componentes originales es regular con enlaces riacutegidos

Sin embargo tambieacuten se puede dar el caso de que B tenga baja solubilidad en A asiacute que ambos permanecen con su propia estructura cristalograacutefica No obstante la pequentildea distorcioacuten en las redes que se produce por el hecho de estar mezclados puede afectar propiedades tan sensibles como la conductividad eleacutectrica (la disminuye) Tambieacuten como se interrumpe la continuidad de los materiales los deslizamientos de los planos ya no son posibles y se disminuye la deformacioacuten plaacutestica Las fases formadas se pueden distinguir bajo el microscopio electroacutenico o por difraccioacuten de rayos X A estas se les conoce como mezclas mecaacutenicas

Hay una gran abundancia de hierro en la corteza terrestre por este motivo el hierro y sus aleaciones fundamentalmente los aceros representan maacutes del 90 de la produccioacuten mundial de metales Tomando esto en cuenta tenemos una segunda clasificacioacuten para las aleaciones en ferrosas (aquellas a base de hierro) y no ferrosas (a base de otros metales como Al Mg Be Cu Ti Ni etc)

Las aleaciones ferrosas maacutes importantes los aceros (hierro y carbono) se clasifican en simples o aleados y los simples a su vez en aceros de bajo medio o alto carbono por la concentracioacuten de este elemento Cabe destacar que los elementos no metaacutelicos se encuentran en concentraciones mucho maacutes bajas dentro de la aleacioacuten que las de los metales Los aceros simples se utilizan principalmente en estructuras elementos de maacutequinas (ejes resortes engranes) herramientas y tornillos etc

La gran produccioacuten de aceros y otras aleaciones del hierro se debe no solo a sus buenas propiedades de resistencia tenacidad y ductilidad sino tambieacuten por su bajo coste Sin embargo tambieacuten tiene algunos inconvenientes como su densidad relativamente alta conductividad eleacutectrica baja y susceptibilidad a la corrosioacuten

Los aceros aleados son aquellos a los que se les agregan pequentildeas cantidades (menores al 5) de elementos de aleacioacuten como Cr Mo Ni W Va Si Mn etc Lo que se busca es aumentar su resistencia a la corrosioacuten entre otras propiedades Por ejemplo los aceros inoxidables son aleaciones de Fe-Cr o Fe-Cr-Ni con una miacutenima cantidad de carbono Algunas de sus aplicaciones estaacuten en la fabricacioacuten de tuberiacuteas recipientes de proceso vaacutelvulas resortes cuchilleriacuteas en la construccioacuten etc

En cuanto a las aleaciones no ferrosas las principales son las de aluminio con Cu Mg Ni Si Zn y Li que se usan en componentes para aviones envases para alimentos componentes automotrices etc Tambieacuten estaacute la aleacioacuten Cu-Sn (bronce) como conductor eleacutectrico en tuberiacuteas artesaniacuteas engranes y cerraduras Las aleaciones de Ti tienen grandes aplicaciones biomeacutedicas

Por uacuteltimo podemos mencionar que los diagramas de fases son muy uacutetiles en el estudio de las aleaciones ya que resumen de forma graacutefica los rangos de temperatura y composicioacuten en los que ciertas fases existen en condiciones de equilibrio De esta forma se pueden conocer por ejemplo los elementos de partida para una determinada siacutentesis

Bibliografiacutea

Atkins andShriver Quiacutemica Inorgaacutenica Mc Graw Hill 2008 Paacuteg 77-80

Smith Fundamentos de la ciencia e ingenieriacutea de materiales Mc Graw Hill 4ta edicioacuten

Eduardo Torres Alpizar Apuntes acerca del tratamiento teacutermico y la clasificacioacuten general de los aceros

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

EL CEMENTO

El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacioacuten a 1450degC de una mezcla de materiales inorgaacutenicos como la piedra

caliza arcilla y mineral de hierro El producto del proceso de calcinacioacuten es el clinker mdashprincipal ingrediente del cementomdash

que se muele finamente con yeso y otros aditivos quiacutemicos para producir cemento El cemento es el material de construccioacuten

maacutes utilizado en el mundo Presenta propiedades tales como resistencia a la compresioacuten (el material de construccioacuten con la

mayor resistencia por costo unitario) durabilidad y esteacutetica para una diversidad de aplicaciones de construccioacuten

Cuando el cemento es mezclado con agua forma una pasta que despueacutes fragua y se endurece a causa de las reacciones de

hidroacutelisis e hidratacioacuten de sus constituyentes dando lugar a productos hidratados mecaacutenicamente resistentes y estables tanto

al aire como bajo agua Este fenoacutemeno es especialmente uacutetil porque permite producir estructuras soacutelidas y riacutegidas que tengan

casi todas las formas que se deseen Este material actuacutea como fase ligante que enlaza quiacutemicamente agregados de partiacuteculas

en una uacutenica estructura cohesionada el enlace en el cemento se forma a temperatura ambiente

El cemento es un aglutinante de partiacuteculas muy pequentildeas compuesto de varias proporciones de minerales tales como

3CaOmiddotAl2O3 (3CmiddotA) 2CaOmiddotSiO2 (2CmiddotS) 3CaOmiddot SiO2 (3CmiddotS) 4CaOmiddotAl2O3middotFe2O3 (4CmiddotAmiddotF) entre otros En la terminologiacutea del cemento a

veces CaO SiO2 Al2O3 y Fe2O3 se conocen como C S A Y F respectivamente Por tanto C3S significa 3CaOmiddotSiO2 Cuando se le

agrega agua al cemento ocurre una reaccioacuten de hidratacioacuten que produce un gel soacutelido que une las partiacuteculas de agregados

Las reacciones posibles incluyen

3CaO middot Al2O3 + 6H2O rarr Ca3Al2(OH)12 + calor

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

3CaO + SiO2 + (x + 1)H2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + Ca(OH)2 + calor

Ca31198601198972O6 + 6H2O(119897) rarr Ca31198601198972O6 ∙ 61198672119874

Ca31198601198972O6 + 3CaSO4 ∙ 21198672119874 + 30H2O(119897) rarr Ca611986011989721198783O18 ∙ 321198672119874

La composicioacuten del cemento ayuda a determinar la velocidad del fraguado (o curado) y sus propiedades finales Por ejemplo el

3CaOmiddotAl2O3 y el 3CaOmiddot SiO2 producen fraguados raacutepidos pero bajas resistencias El 2CaOmiddot SiO2 reacciona maacutes lentamente

durante la hidratacioacuten pero produce resistencias maacutes elevadas Normalmente se espera que el concreto se fraguumle es decir

se endurezca perdiendo su plasticidad casi por completo en 28 diacuteas aunque algo de curado adicional puede seguir ocurriendo

durante antildeos

La hidratacioacuten del cemento implica una serie de reacciones exoteacutermicas que liberan una gran cantidad de calor el

desprendimiento de calor se lleva a cabo durante un periacuteodo y la tasa de evolucioacuten de calor es tan importante como la

cantidad total de calor Varias relaciones empiacutericas entre la composicioacuten del cemento el calor de hidratacioacuten y el tiempo

transcurrido se han desarrollado Eacutestos toman la forma tiacutepica

119888119886119897119900119903 119889119890 ℎ119894119889119903119886119905119886119888119894oacute119899 = 1198601199091198623119878 + 1198611199091198622119878 + 1198621199091198623119860 + 1198631199091198624119860119865

Donde 119909119894 es la fraccioacuten en peso de cada componente i y A B C y D son constantes empiacutericas que variacutean con el tiempo lo que

refleja los cambios en la composicioacuten del cemento mientras se endurece el calor de hidratacioacuten se mide en joules por gramo

de cemento Por ejemplo los calores de hidratacioacuten despueacutes de tres diacuteas H (3 d) y despueacutes de un antildeo H (1 antildeo) se dan de la

siguiente manera

H (3 d) = 2401199091198623119878 + 501199091198622119878 + 8801199091198623119860 + 2901199091198624119860119865

H (1 antildeo) = 4901199091198623119878 + 2251199091198622119878 + 11601199091198623119860 + 3751199091198624119860119865

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

En cuanto a las aleaciones no ferrosas las principales son las de aluminio con Cu Mg Ni Si Zn y Li que se usan en componentes para aviones envases para alimentos componentes automotrices etc Tambieacuten estaacute la aleacioacuten Cu-Sn (bronce) como conductor eleacutectrico en tuberiacuteas artesaniacuteas engranes y cerraduras Las aleaciones de Ti tienen grandes aplicaciones biomeacutedicas

Por uacuteltimo podemos mencionar que los diagramas de fases son muy uacutetiles en el estudio de las aleaciones ya que resumen de forma graacutefica los rangos de temperatura y composicioacuten en los que ciertas fases existen en condiciones de equilibrio De esta forma se pueden conocer por ejemplo los elementos de partida para una determinada siacutentesis

Bibliografiacutea

Atkins andShriver Quiacutemica Inorgaacutenica Mc Graw Hill 2008 Paacuteg 77-80

Smith Fundamentos de la ciencia e ingenieriacutea de materiales Mc Graw Hill 4ta edicioacuten

Eduardo Torres Alpizar Apuntes acerca del tratamiento teacutermico y la clasificacioacuten general de los aceros

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

EL CEMENTO

El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacioacuten a 1450degC de una mezcla de materiales inorgaacutenicos como la piedra

caliza arcilla y mineral de hierro El producto del proceso de calcinacioacuten es el clinker mdashprincipal ingrediente del cementomdash

que se muele finamente con yeso y otros aditivos quiacutemicos para producir cemento El cemento es el material de construccioacuten

maacutes utilizado en el mundo Presenta propiedades tales como resistencia a la compresioacuten (el material de construccioacuten con la

mayor resistencia por costo unitario) durabilidad y esteacutetica para una diversidad de aplicaciones de construccioacuten

Cuando el cemento es mezclado con agua forma una pasta que despueacutes fragua y se endurece a causa de las reacciones de

hidroacutelisis e hidratacioacuten de sus constituyentes dando lugar a productos hidratados mecaacutenicamente resistentes y estables tanto

al aire como bajo agua Este fenoacutemeno es especialmente uacutetil porque permite producir estructuras soacutelidas y riacutegidas que tengan

casi todas las formas que se deseen Este material actuacutea como fase ligante que enlaza quiacutemicamente agregados de partiacuteculas

en una uacutenica estructura cohesionada el enlace en el cemento se forma a temperatura ambiente

El cemento es un aglutinante de partiacuteculas muy pequentildeas compuesto de varias proporciones de minerales tales como

3CaOmiddotAl2O3 (3CmiddotA) 2CaOmiddotSiO2 (2CmiddotS) 3CaOmiddot SiO2 (3CmiddotS) 4CaOmiddotAl2O3middotFe2O3 (4CmiddotAmiddotF) entre otros En la terminologiacutea del cemento a

veces CaO SiO2 Al2O3 y Fe2O3 se conocen como C S A Y F respectivamente Por tanto C3S significa 3CaOmiddotSiO2 Cuando se le

agrega agua al cemento ocurre una reaccioacuten de hidratacioacuten que produce un gel soacutelido que une las partiacuteculas de agregados

Las reacciones posibles incluyen

3CaO middot Al2O3 + 6H2O rarr Ca3Al2(OH)12 + calor

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

3CaO + SiO2 + (x + 1)H2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + Ca(OH)2 + calor

Ca31198601198972O6 + 6H2O(119897) rarr Ca31198601198972O6 ∙ 61198672119874

Ca31198601198972O6 + 3CaSO4 ∙ 21198672119874 + 30H2O(119897) rarr Ca611986011989721198783O18 ∙ 321198672119874

La composicioacuten del cemento ayuda a determinar la velocidad del fraguado (o curado) y sus propiedades finales Por ejemplo el

3CaOmiddotAl2O3 y el 3CaOmiddot SiO2 producen fraguados raacutepidos pero bajas resistencias El 2CaOmiddot SiO2 reacciona maacutes lentamente

durante la hidratacioacuten pero produce resistencias maacutes elevadas Normalmente se espera que el concreto se fraguumle es decir

se endurezca perdiendo su plasticidad casi por completo en 28 diacuteas aunque algo de curado adicional puede seguir ocurriendo

durante antildeos

La hidratacioacuten del cemento implica una serie de reacciones exoteacutermicas que liberan una gran cantidad de calor el

desprendimiento de calor se lleva a cabo durante un periacuteodo y la tasa de evolucioacuten de calor es tan importante como la

cantidad total de calor Varias relaciones empiacutericas entre la composicioacuten del cemento el calor de hidratacioacuten y el tiempo

transcurrido se han desarrollado Eacutestos toman la forma tiacutepica

119888119886119897119900119903 119889119890 ℎ119894119889119903119886119905119886119888119894oacute119899 = 1198601199091198623119878 + 1198611199091198622119878 + 1198621199091198623119860 + 1198631199091198624119860119865

Donde 119909119894 es la fraccioacuten en peso de cada componente i y A B C y D son constantes empiacutericas que variacutean con el tiempo lo que

refleja los cambios en la composicioacuten del cemento mientras se endurece el calor de hidratacioacuten se mide en joules por gramo

de cemento Por ejemplo los calores de hidratacioacuten despueacutes de tres diacuteas H (3 d) y despueacutes de un antildeo H (1 antildeo) se dan de la

siguiente manera

H (3 d) = 2401199091198623119878 + 501199091198622119878 + 8801199091198623119860 + 2901199091198624119860119865

H (1 antildeo) = 4901199091198623119878 + 2251199091198622119878 + 11601199091198623119860 + 3751199091198624119860119865

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

EL CEMENTO

El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacioacuten a 1450degC de una mezcla de materiales inorgaacutenicos como la piedra

caliza arcilla y mineral de hierro El producto del proceso de calcinacioacuten es el clinker mdashprincipal ingrediente del cementomdash

que se muele finamente con yeso y otros aditivos quiacutemicos para producir cemento El cemento es el material de construccioacuten

maacutes utilizado en el mundo Presenta propiedades tales como resistencia a la compresioacuten (el material de construccioacuten con la

mayor resistencia por costo unitario) durabilidad y esteacutetica para una diversidad de aplicaciones de construccioacuten

Cuando el cemento es mezclado con agua forma una pasta que despueacutes fragua y se endurece a causa de las reacciones de

hidroacutelisis e hidratacioacuten de sus constituyentes dando lugar a productos hidratados mecaacutenicamente resistentes y estables tanto

al aire como bajo agua Este fenoacutemeno es especialmente uacutetil porque permite producir estructuras soacutelidas y riacutegidas que tengan

casi todas las formas que se deseen Este material actuacutea como fase ligante que enlaza quiacutemicamente agregados de partiacuteculas

en una uacutenica estructura cohesionada el enlace en el cemento se forma a temperatura ambiente

El cemento es un aglutinante de partiacuteculas muy pequentildeas compuesto de varias proporciones de minerales tales como

3CaOmiddotAl2O3 (3CmiddotA) 2CaOmiddotSiO2 (2CmiddotS) 3CaOmiddot SiO2 (3CmiddotS) 4CaOmiddotAl2O3middotFe2O3 (4CmiddotAmiddotF) entre otros En la terminologiacutea del cemento a

veces CaO SiO2 Al2O3 y Fe2O3 se conocen como C S A Y F respectivamente Por tanto C3S significa 3CaOmiddotSiO2 Cuando se le

agrega agua al cemento ocurre una reaccioacuten de hidratacioacuten que produce un gel soacutelido que une las partiacuteculas de agregados

Las reacciones posibles incluyen

3CaO middot Al2O3 + 6H2O rarr Ca3Al2(OH)12 + calor

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

3CaO + SiO2 + (x + 1)H2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + Ca(OH)2 + calor

Ca31198601198972O6 + 6H2O(119897) rarr Ca31198601198972O6 ∙ 61198672119874

Ca31198601198972O6 + 3CaSO4 ∙ 21198672119874 + 30H2O(119897) rarr Ca611986011989721198783O18 ∙ 321198672119874

La composicioacuten del cemento ayuda a determinar la velocidad del fraguado (o curado) y sus propiedades finales Por ejemplo el

3CaOmiddotAl2O3 y el 3CaOmiddot SiO2 producen fraguados raacutepidos pero bajas resistencias El 2CaOmiddot SiO2 reacciona maacutes lentamente

durante la hidratacioacuten pero produce resistencias maacutes elevadas Normalmente se espera que el concreto se fraguumle es decir

se endurezca perdiendo su plasticidad casi por completo en 28 diacuteas aunque algo de curado adicional puede seguir ocurriendo

durante antildeos

La hidratacioacuten del cemento implica una serie de reacciones exoteacutermicas que liberan una gran cantidad de calor el

desprendimiento de calor se lleva a cabo durante un periacuteodo y la tasa de evolucioacuten de calor es tan importante como la

cantidad total de calor Varias relaciones empiacutericas entre la composicioacuten del cemento el calor de hidratacioacuten y el tiempo

transcurrido se han desarrollado Eacutestos toman la forma tiacutepica

119888119886119897119900119903 119889119890 ℎ119894119889119903119886119905119886119888119894oacute119899 = 1198601199091198623119878 + 1198611199091198622119878 + 1198621199091198623119860 + 1198631199091198624119860119865

Donde 119909119894 es la fraccioacuten en peso de cada componente i y A B C y D son constantes empiacutericas que variacutean con el tiempo lo que

refleja los cambios en la composicioacuten del cemento mientras se endurece el calor de hidratacioacuten se mide en joules por gramo

de cemento Por ejemplo los calores de hidratacioacuten despueacutes de tres diacuteas H (3 d) y despueacutes de un antildeo H (1 antildeo) se dan de la

siguiente manera

H (3 d) = 2401199091198623119878 + 501199091198622119878 + 8801199091198623119860 + 2901199091198624119860119865

H (1 antildeo) = 4901199091198623119878 + 2251199091198622119878 + 11601199091198623119860 + 3751199091198624119860119865

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunos cementos se conocen como hidraacuteulicos ya que fraguan y se endurecen en presencia de agua y se fabrica a partir de

silicatos de calcio con una composicioacuten aproximada de CaO SiO2 y oacutexido de hierro y aluacutemina Por otro lado los no hidraacuteulicos

no pueden fraguar en presencia de agua para su endurecimiento necesitan aire por ejemplo la cal (CaO)

El cemento portland es un cemento hidraacuteulico debido a que su dureza se desarrolla por reacciones quiacutemicas con el agua Se

utiliza fundamentalmente en argamasa y hormigoacuten para enlazar en una masa cohesionada agregados de partiacuteculas inertes

(arena yo grava) estos se consideran materiales compuestos Es el material manufacturado para la construccioacuten de maacutes

amplio uso Fue patentado por Joseph Aspdin en 1824 y se llama asiacute en honor a los acantilados de piedra caliza de la isla de

Portland en Inglaterra

El cemento Portland se puede clasificar por su composicioacuten en 5 tipos

Tipo I- Cemento Portland Destinado a obras de concreto en general como edificios estructuras industriales conjuntos

habitacionales Libera maacutes calor de hidratacioacuten que otros tipos de cemento

Tipo II- Cemento Portland con adiciones De moderada resistencia a los sulfatos destinado a obras de concreto y obras

expuestas a la accioacuten moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacioacuten utilizado en puentes y

tuberiacuteas de concreto

Tipo III- Cemento Portland con escorias de horno alto Alta resistencia inicial por ejemplo cuando se necesita que la

estructura reciba carga lo maacutes antes posible o cuando es necesario desencofrar (retirar los paneles de sosteacuten) a los pocos diacuteas

de vaciado

Tipo IV- Cemento puzolaacutenico Usado si se requiere de bajo calor de hidratacioacuten no deben producirse dilataciones durante el

fraguado

Tipo V- Cemento compuesto Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accioacuten concentrada de los sulfatos por

ejemplo canales alcantarillas u obras portuarias

Las propiedades del cemento Portland incluidos el tiempo de fraguado y la resistencia final dependen en gran medida de la

composicioacuten En el cemento Portland se encentran diferentes constituyentes los principales son el silicato tricaacutelcico 3CaOmiddot SiO2

y el silicato dicaacutelcico 2CaOmiddotSiO2 El fraguado y endurecimiento se produce debido a reacciones de hidratacioacuten Por ejemplo una

reaccioacuten de hidratacioacuten del silicato dicaacutelcico es

2CaO middot SiO2 + xH2O rarr Ca2SiO4 ∙ xH2O + calor

Donde x es variable y depende de la cantidad de agua disponible Estos productos hidratados estaacuten en forma de geles

complejos o sustancias cristalinas que forman el enlace cementoso Las reacciones de hidratacioacuten empiezan justo cuando se

antildeade el agua Primero se ponen de manifiesto como fraguado(o sea el aumento de rigidez de la pasta que antes era

plaacutestica) que ocurre inmediatamente despueacutes de mezclar normalmente en el espacio de unas horas El endurecimiento de la

masa tiene lugar como resultado de maacutes hidratacioacuten un proceso relativamente lento que puede continuar durante varios

antildeos Debe sentildealarse que el proceso por el cual el cemento se endurece no es por secado sino por hidratacioacuten en cuyo

proceso el agua participa en una reaccioacuten de enlace quiacutemico

Tipo Composicioacuten aproximada

Caracteriacutesticas 3CmiddotS 2CmiddotS 3CmiddotA 4CmiddotAmiddotF

I 55 20 12 9 Uso general

II 45 30 7 12 Baja tasa de generacioacuten de calor

Resistencia moderad a los sulfatos

III 65 10 12 8 Curado raacutepido

IV 25 50 5 13 Muy baja tasa de generacioacuten de calor

V 40 35 3 14 Buena resistencia a los sulfatos

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

Integrantes Fuentes Peacuterez Aura Citlalli amp Reyes Berber Frida Karen 11 de mayo de 2015

Algunas de las propiedades de los productos basados en cemento son

Hidraacuteulicas La reaccioacuten de la hidratacioacuten entre el cemento y el agua es uacutenica el material fragua y luego se endurece La

naturaleza hidraacuteulica de la reaccioacuten permite que el cemento hidratado se endurezca auacuten bajo el agua

Esteacuteticas Antes de fraguar y endurecerse el cemento hidratado presenta un comportamiento plaacutestico Por lo tanto se

puede vaciar en moldes de diferentes formas y figuras para generar arquitecturas esteacuteticamente interesantes

que seriacutean difiacuteciles de lograr con otros materiales de construccioacuten

De

durabilidad

Cuando se usa correctamente (por ejemplo con buenas praacutecticas de disentildeo de mezclas de concreto) el

cemento puede formar estructuras con una vida de servicio larga que soporte los cambios climaacuteticos extremos

y agresiones de agentes quiacutemicos

Acuacutesticas Utilizados con un disentildeo adecuado los materiales basados en cemento pueden servir para un excelente

aislamiento acuacutestico

La produccioacuten del cemento se puede analizar en diferentes etapas las cuales son

1 Explotacioacuten de materias primas De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla a traveacutes de barrenacioacuten y detonacioacuten

con explosivos cuyo impacto es miacutenimo gracias a la tecnologiacutea empleada

2 Transporte de materias primas Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas se transportan a la planta

en camiones o bandas

3 Trituracioacuten El material de la cantera es fragmentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas que por

efecto de impacto yo presioacuten son reducidas a un tamantildeo maacuteximo de una y media pulgadas

4 Prehomogenizacioacuten La prehomogenizacioacuten es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cualquier

otro material que lo requiera

5 Almacenamiento de materias primas Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son

dosificadas para la produccioacuten de diferentes tipos de cemento

6 Molienda de materia prima Se realiza por medio de un molino vertical de acero que muele el material mediante la presioacuten

que ejercen tres rodillos coacutenicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda Se utilizan tambieacuten para esta fase molinos

horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero

7 Homogenizacioacuten de harina cruda Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogeacutenea del material

8 Calcinacioacuten La calcinacioacuten es la parte medular del proceso donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a

1400degC la harina se transforma en clinker que son pequentildeos moacutedulos gris obscuros de 3 a 4 cm

9 Molienda de cemento El clinker es molido a traveacutes de bolas de acero de diferentes tamantildeos a su paso por las dos caacutemaras

del molino agregando el yeso (CaSO4middot2H2O) para alargar el tiempo de fraguado del cemento

10 Envase y embarque del cemento El cemento es enviado a los silos de almacenamiento de los que se extrae por sistemas

neumaacuteticos o mecaacutenicos siendo transportado a donde seraacute envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel

Referencias

Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 4ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 2004 pp 774-783 Askeland Donald R Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales 3ordf edicioacuten Thomson Meacutexico 1998 pp 561-569 Callister William D Jr Introduccioacuten a la Ciencia e Ingenieriacutea de los Materiales edicioacuten Reverteacute Meacutexico pp 450-452 Tilley Richard J D Understanding Solids the science of materials John Wiley amp Sons Inglaterra 2004 pp187-191 httpwwwcemexmexicocomCementosaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpwwwcemexcomESProductosServiciosCementoaspx revisado 3 de mayo de 2015 httpocwusalesensenanzas-tecnicasciencia-y-tecnologia-de-los-materialescontenidoTEMA205-20EL20CEMENTOpdf revisado 3 de mayo de 2015

Camacho Cruz Luis Alberto Vera Alvizar Estefania Guadalupe 11 de mayo de 2015 Quiacutemica del Estado Soacutelido Trabajo Escrito Cuarto Parcial Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Cristales Liacutequidos Un cristal liacutequido es un estado de la materia intermedio entre el estado soacutelido y liacutequido Existen ciertas sustancias que en determinadas condiciones presentan arreglos con un ligero orden y cierta periodicidad pero a su vez con propiedades similares a las partiacuteculas de un liacutequido Los cristales liacutequidos a diferencia de un cristal soacutelido tienen poca orientacioacuten a largo alcance pero posiciones ordenadas a corto alcance El descubrimiento del fenoacutemeno se originoacute en 1888 durante el estudio de las propiedades del benzoato colesteacuterico Friedrich Reinitzer se percatoacute que una moleacutecula del compuesto mencionado aparentemente presentaba dos puntos de fusioacuten entre el primero y segundo se observaba una fase turbia mientras que por encima del segundo el compuesto era maacutes claro Despueacutes de comprobar que no fuesen problemas de pureza y de buscar la asesoriacutea de Otto Lehman un experto en oacuteptica cristalina de la eacutepoca se concluyoacute que habiacutea evidencia de la presencia de estado de la materia que no auacuten no habiacutea sido descrito a eacuteste le llamaron cristal liacutequido Durante los antildeos siguientes se descubrieron nuevas propiedades de este estado de la materia asiacute como diversos compuestos que presentaban el fenoacutemeno A pesar de todos estos experimentos y publicaciones la comunidad cientiacutefica se mostroacute esceacuteptica haciacutea la existencia de esta fase intermedia hasta 1968 cuando Pierre-Gilles de Gennes describioacute las propiedades estudiadas durante los antildeos anteriores haciendo uso de caracteriacutesticas electromagneacuteticas de las moleacuteculas que llegan a ser cristales liacutequidos Para esa eacutepoca no se conociacutean exhaustivamente las caracteriacutesticas de las moleacuteculas que presentaban el fenoacutemeno y por tanto en un principio se creiacutea que los cristales liacutequidos seriacutean solamente un fenoacutemeno curioso que se presentaba en ciertas moleacuteculas orgaacutenicas sin embargo con el paso del tiempo sus interesantes propiedades han sido aprovechadas en varios avances tecnoloacutegicos De acuerdo con Stephen y Straley (1974) la mayoriacutea de los cristales liacutequidos comparten ciertas caracteriacutesticas esenciales eacutestas son tener una estructura plana alongada y asimeacutetricas Adicionalmente se pueden clasificar en distintas categoriacuteas de acuerdo con sus caracteriacutesticas Existen dos tipos de cristales liacutequidos que difieren en propiedades y en composicioacuten en primer lugar estaacuten los termotroacutepicos y en segundo lugar los liotroacutepicos Los termotroacutepicos son sustancias que al llegar a cierto rango de temperatura sufren un cambio de fase y presentan propiedades de cristales liacutequidos Los liotroacutepicos por otro lado son mezclas

Figura 1 Cristal liacutequido bajo luz polarizante

de una sustancia que puede presentar propiedades de cristal liacutequido y un disolvente polar Los cristales liacutequidos termotroacutepicos tienen ademaacutes tres fases caracteriacutesticas la nemaacutetica la esmeacutectica y la colesteacuterica En la fase nemaacutetica las moleacuteculas estaacuten organizadas de tal manera que sus ejes mayores estaacuten alineados paralelos unos a otros y las moleacuteculas pueden deslizarse encima unas de otras y rotar Este estado es maacutes parecido a la forma liacutequida de la sustancia y normalmente se alcanza a temperaturas altas es decir cercanas al punto de fusioacuten de la sustancia La fase colesteacuterica es ligeramente maacutes ordenada que la fase nemaacutetica pues en eacutesta las moleacuteculas se ordenan con sus ejes mayores en paralelo formando planos Por encima y por debajo de estos planos hay otros planos anaacutelogos soacutelo que orientados un otra direccioacuten formando asiacute espirales en ciertas aacutereas Esta fase tiene interacciones importantes con la luz por efectos de difraccioacuten complejos en estas estructuras en espiral Finalmente estaacute la fase esmeacutectica en esta fase hay acomodos maacutes ordenados y las moleacuteculas no pueden moverse con mucha libertad esta fase es similar a la de un soacutelido Adicionalmente para algunas moleacuteculas existe ademaacutes el acomodo de columna en especial para las que tienen estructuras planas en forma de discos este acomodo es mucho menos usual y por tanto tiene menos aplicaciones como los otros tres

Auacuten si casi la mitad de las moleacuteculas orgaacutenicas tienden a presentar propiedades de cristales liacutequidos los maacutes comunes y maacutes utilizados son los cianofeniles y bifeniles por su estructura plana y su respuesta a campos eleacutectricos eacutestos son utilizados en una gran cantidad de dispositivos a continuacioacuten se mencionan las caracteriacutesticas principales de estos Una de las principales aplicaciones de los cristales liacutequidos es su uso en pantallas LCD (Liquid Crystal Display) las cuales son esenciales para la manufactura de televisiones calculadoras pantallas de computadora entre otras Los LCDrsquos son muy utilizados debido a su bajo consumo en energiacutea y a la claridad que presentan cuando se proyecta una luz brillantes sobre ellos

Figura 2 Acomodo de las fases de un cristal liquido

Otra aplicacioacuten que tienen los cristales liacutequidos es su propiedad de cambio de color que sufren durante la fase colesteacuterica cuando la temperatura es aumentada o disminuida esta propiedad permite se aprovecha en la fabricacioacuten de indicadores de temperatura (termoacutemetros para identificar la temperatura corporal la temperatura de las maacutequinas y para monitorear la temperatura de acuarios) Algo importante de mencionar es su presencia en la bioquiacutemica muchas de las estructuras de las ceacutelulas estaacuten formadas por fases soacutelido cristalinas liotroacutepicas las propiedades de las membranas celulares y partes del ADN se deben a su comportamiento como cristales liacutequidos Referencias

Stephen Mi J amp Straley J P (1974 Octubre) Physics of Liquid Crystals Reviews of

Modern Physics 74(4)

Singer Sanford S (2015 Enero) Liquid Crystals Salem Press Encyclopedia of Science (research starters) MIT (2005) Liquid Crystals Fund of Mat Sci Structure-Lecture 24 Recuperado de Open Courseware MIT el 09 de mayo del 2015 de httpocwmiteducoursesmaterials-science-and-engineering3-012-fundamentals-of-materials-science-fall-2005lecture-noteslec24bpdf

EFECTO MEISSNER

Cuando un superconductor se enfriacutea por debajo de su temperatura criacutetica en un

campo magneacutetico extrantildeo aplicado el campo magneacutetico dentro del material

pasa a ser nulo

Este fenoacutemeno se obtuvo midiendo la distribucioacuten de flujo en el exterior de

muestras de plomo y estantildeo enfriados por debajo de su temperatura criacutetica en

presencia de un campo magneacutetico

Asiacute encontraron que el campo magneacutetico se anula completamente en el interior

del material superconductor y que las liacuteneas de campo magneacutetico son

expulsadas del interior del material por lo que este se comporta como un material

diamagneacutetico perfecto

Este efecto fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 y se

conoce ahora con el nombre de efecto Meissner

El campo magneacutetico se hace cero porque las corrientes superconductoras que se

inducen en la superficie del superconductor producen un segundo campo

magneacutetico que compensa el campo aplicado

El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y

su descubrimiento sirvioacute para deducir que la aparicioacuten de la superconductividad

es una transicioacuten de fase a un estado diferente

La levitacioacuten magneacutetica se debe a la repulsioacuten que se produce entre el imaacuten

permanente que produce el campo externo y el superconductor por causa del

campo magneacutetico producido por las corrientes inducidas en eacutel El efecto Meissner

soacutelo se verifica en ciertos materiales llamados Superconductores del Tipo I

Los materiales superconductores tipo I mientras estaacuten en el estado

superconductor son completamente diamagneacuteticos es decir cualquier campo

aplicado seraacute expulsado del cuerpo del material Algunos elementos metaacutelicos de

tipo I son Aluminio Plomo Estantildeo y Mercurio

Otros materiales llamados superconductores de tipo II poseen una curva de

imanacioacuten estos materiales son usualmente aleaciones o metales que poseen

resistividades grandes en el estado normal

Los superconductores del tipo II exhiben las propiedades eleacutectricas de los

superconductores Algunas aleaciones superconductoras de tipo II son Niobio-

Zirconio (Nb-Zr) Niobio-Titanio (Nb-Ti) y el compuesto intermetaacutelico Nb3Sn

Los superconductores de tipo II tambieacuten presentan el efecto Meissner con campos

magneacuteticos pequentildeos pero cuando el campo magneacutetico supera una

determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente

formando voacutertices Es decir el superconductor en este caso atrapa parte del

campo magneacutetico Para que pueda penetrar el campo magneacutetico en los voacutertices

se destruye la superconductividad Los voacutertices pueden anclarse en un

superconductor debido a defectos en la red

de aacutetomos Cuando esto ocurre el imaacuten que

estaacute levitando encima del superconductor

tambieacuten estaacute anclado y cuesta mucho

separarlos

El efecto Meissner reveloacute que el campo

magneacutetico en el interior de un

superconductor es siempre nulo

independientemente si ha sido enfriado por

debajo de la temperatura criacutetica en

presencia o no de un campo magneacutetico

externo Por lo tanto ademaacutes de conductores

ideales los superconductores pueden

considerarse tambieacuten diamagneacuteticos ideales

Este hecho permite considerar a la transicioacuten

superconductora como una autentica

transicioacuten de fase

Esta limitacioacuten a cero del campo magneacutetico

dentro de un superconductor es distinta del

diamagnetismo perfecto que surge de su resistencia eleacutectrica cero La resistencia

cero implica que si se trata de magnetizar un superconductor se generaraacuten

bucles de corriente para cancelar exactamente el campo magneacutetico impuesto

(ley de Lenz) Pero si cuando se enfrioacute el material para la transicioacuten a la

superconduccioacuten ya teniacutea un campo magneacutetico estable a su traveacutes se esperariacutea

que permaneciera ese campo magneacutetico Si no hubiera cambio en el campo

magneacutetico aplicado no habriacutea voltaje generado (ley de Faraday) para impulsar

corriente incluso en un conductor perfecto De ahiacute que la exclusioacuten activa de

campo magneacutetico debe ser considerada como un efecto distinto de soacutelo

resistencia cero

Una de las explicaciones teoacutericas del efecto Meissner proviene de la ecuacioacuten de

London Muestra que el campo magneacutetico decae exponencialmente en el

interior del superconductor sobre una distancia de 20-40 nm Se describe en

funcioacuten de un paraacutemetro llamado profundidad de penetracioacuten London

Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magneacuteticas en

la ciudad de Magnesia (Asia Menor) el Hombre ha tratado de buscar

aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo El tren de levitacioacuten

magneacutetica o maglev es un tren suspendido en el aire por encima de una viacutea

entre 10mm y 15 cm siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas

magneacuteticas (atractivas y repulsivas) La ausencia de contacto fiacutesico entre el carril

y el tren hace que la uacutenica friccioacuten sea la del aire por lo que se pueden conseguir

muy altas velocidades con un consumo de energiacutea razonable el 40 del

consumo normal para un vehiacuteculo y a un bajo nivel de ruido La liacutenea que une

Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30

kiloacutemetros a una velocidad maacutexima de 431 kmh y una media de 250 kmh En

Alemania se lleva a cabo la construccioacuten del Transrapid un maglev que uniraacute las

ciudades de Berliacuten y Hamburgo con una velocidad maacutexima de 500 kmh

Dentro de la levitacioacuten magneacutetica otra de las aplicaciones es el almacenamiento

de energiacutea mediante los volantes de inercia ya que permite hacer girar

indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magneacutetico

de manera que almacene la energiacutea mecaacutenica Este tipo de dispositivo se estudia

para la aplicacioacuten en trenes o de aerogeneradores (Cedex)Asimismo la

levitacioacuten tambieacuten se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de

asistencia ventricular compuesto por un Ventriacuteculo de Asistencia centriacutefugo y un

motor que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de

fallo ventricular

Los superconductores tambieacuten se utilizan como detectores de campos

electromagneacuteticos muy deacutebiles (hasta 100 mil millones de veces maacutes deacutebiles que

el campo geomagneacutetico de la Tierra) pudiendo utilizarse en el estudio de sentildeales

electromagneacuteticas generadas por el cerebro

El proacuteximo estadio en la evolucioacuten de los supercomputadoras se denomina

computacioacuten cuaacutentica que utilizando las propiedades de la superconductividad

podraacute alcanzar velocidades 250 maacutes veloces que los actuales

supercomputadoras

Referencias

Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los materiales Volumen 2 Paacutegina

709

Fiacutesica para ciencia y la tecnologiacutea Volumen 2 Paacuteginas 854-855

httpefectomeissnerelectroblogspotmx (10062015 1604)

httphyperphysicsphy-astrgsueduhbaseessolidsmeishtml

httpwww3icmmcsicessuperconductividadsuperconductividadlevitac

ion

httpsomosfisicayquimicablogspotmx201110superconductividad-el-

efecto-meissnerhtml

Santiago Garciacutea Dirce

Palencia Reyes R Andrea

de una sustancia que puede presentar propiedades de cristal liacutequido y un disolvente polar Los cristales liacutequidos termotroacutepicos tienen ademaacutes tres fases caracteriacutesticas la nemaacutetica la esmeacutectica y la colesteacuterica En la fase nemaacutetica las moleacuteculas estaacuten organizadas de tal manera que sus ejes mayores estaacuten alineados paralelos unos a otros y las moleacuteculas pueden deslizarse encima unas de otras y rotar Este estado es maacutes parecido a la forma liacutequida de la sustancia y normalmente se alcanza a temperaturas altas es decir cercanas al punto de fusioacuten de la sustancia La fase colesteacuterica es ligeramente maacutes ordenada que la fase nemaacutetica pues en eacutesta las moleacuteculas se ordenan con sus ejes mayores en paralelo formando planos Por encima y por debajo de estos planos hay otros planos anaacutelogos soacutelo que orientados un otra direccioacuten formando asiacute espirales en ciertas aacutereas Esta fase tiene interacciones importantes con la luz por efectos de difraccioacuten complejos en estas estructuras en espiral Finalmente estaacute la fase esmeacutectica en esta fase hay acomodos maacutes ordenados y las moleacuteculas no pueden moverse con mucha libertad esta fase es similar a la de un soacutelido Adicionalmente para algunas moleacuteculas existe ademaacutes el acomodo de columna en especial para las que tienen estructuras planas en forma de discos este acomodo es mucho menos usual y por tanto tiene menos aplicaciones como los otros tres

Auacuten si casi la mitad de las moleacuteculas orgaacutenicas tienden a presentar propiedades de cristales liacutequidos los maacutes comunes y maacutes utilizados son los cianofeniles y bifeniles por su estructura plana y su respuesta a campos eleacutectricos eacutestos son utilizados en una gran cantidad de dispositivos a continuacioacuten se mencionan las caracteriacutesticas principales de estos Una de las principales aplicaciones de los cristales liacutequidos es su uso en pantallas LCD (Liquid Crystal Display) las cuales son esenciales para la manufactura de televisiones calculadoras pantallas de computadora entre otras Los LCDrsquos son muy utilizados debido a su bajo consumo en energiacutea y a la claridad que presentan cuando se proyecta una luz brillantes sobre ellos

Figura 2 Acomodo de las fases de un cristal liquido

Otra aplicacioacuten que tienen los cristales liacutequidos es su propiedad de cambio de color que sufren durante la fase colesteacuterica cuando la temperatura es aumentada o disminuida esta propiedad permite se aprovecha en la fabricacioacuten de indicadores de temperatura (termoacutemetros para identificar la temperatura corporal la temperatura de las maacutequinas y para monitorear la temperatura de acuarios) Algo importante de mencionar es su presencia en la bioquiacutemica muchas de las estructuras de las ceacutelulas estaacuten formadas por fases soacutelido cristalinas liotroacutepicas las propiedades de las membranas celulares y partes del ADN se deben a su comportamiento como cristales liacutequidos Referencias

Stephen Mi J amp Straley J P (1974 Octubre) Physics of Liquid Crystals Reviews of

Modern Physics 74(4)

Singer Sanford S (2015 Enero) Liquid Crystals Salem Press Encyclopedia of Science (research starters) MIT (2005) Liquid Crystals Fund of Mat Sci Structure-Lecture 24 Recuperado de Open Courseware MIT el 09 de mayo del 2015 de httpocwmiteducoursesmaterials-science-and-engineering3-012-fundamentals-of-materials-science-fall-2005lecture-noteslec24bpdf

EFECTO MEISSNER

Cuando un superconductor se enfriacutea por debajo de su temperatura criacutetica en un

campo magneacutetico extrantildeo aplicado el campo magneacutetico dentro del material

pasa a ser nulo

Este fenoacutemeno se obtuvo midiendo la distribucioacuten de flujo en el exterior de

muestras de plomo y estantildeo enfriados por debajo de su temperatura criacutetica en

presencia de un campo magneacutetico

Asiacute encontraron que el campo magneacutetico se anula completamente en el interior

del material superconductor y que las liacuteneas de campo magneacutetico son

expulsadas del interior del material por lo que este se comporta como un material

diamagneacutetico perfecto

Este efecto fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 y se

conoce ahora con el nombre de efecto Meissner

El campo magneacutetico se hace cero porque las corrientes superconductoras que se

inducen en la superficie del superconductor producen un segundo campo

magneacutetico que compensa el campo aplicado

El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y

su descubrimiento sirvioacute para deducir que la aparicioacuten de la superconductividad

es una transicioacuten de fase a un estado diferente

La levitacioacuten magneacutetica se debe a la repulsioacuten que se produce entre el imaacuten

permanente que produce el campo externo y el superconductor por causa del

campo magneacutetico producido por las corrientes inducidas en eacutel El efecto Meissner

soacutelo se verifica en ciertos materiales llamados Superconductores del Tipo I

Los materiales superconductores tipo I mientras estaacuten en el estado

superconductor son completamente diamagneacuteticos es decir cualquier campo

aplicado seraacute expulsado del cuerpo del material Algunos elementos metaacutelicos de

tipo I son Aluminio Plomo Estantildeo y Mercurio

Otros materiales llamados superconductores de tipo II poseen una curva de

imanacioacuten estos materiales son usualmente aleaciones o metales que poseen

resistividades grandes en el estado normal

Los superconductores del tipo II exhiben las propiedades eleacutectricas de los

superconductores Algunas aleaciones superconductoras de tipo II son Niobio-

Zirconio (Nb-Zr) Niobio-Titanio (Nb-Ti) y el compuesto intermetaacutelico Nb3Sn

Los superconductores de tipo II tambieacuten presentan el efecto Meissner con campos

magneacuteticos pequentildeos pero cuando el campo magneacutetico supera una

determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente

formando voacutertices Es decir el superconductor en este caso atrapa parte del

campo magneacutetico Para que pueda penetrar el campo magneacutetico en los voacutertices

se destruye la superconductividad Los voacutertices pueden anclarse en un

superconductor debido a defectos en la red

de aacutetomos Cuando esto ocurre el imaacuten que

estaacute levitando encima del superconductor

tambieacuten estaacute anclado y cuesta mucho

separarlos

El efecto Meissner reveloacute que el campo

magneacutetico en el interior de un

superconductor es siempre nulo

independientemente si ha sido enfriado por

debajo de la temperatura criacutetica en

presencia o no de un campo magneacutetico

externo Por lo tanto ademaacutes de conductores

ideales los superconductores pueden

considerarse tambieacuten diamagneacuteticos ideales

Este hecho permite considerar a la transicioacuten

superconductora como una autentica

transicioacuten de fase

Esta limitacioacuten a cero del campo magneacutetico

dentro de un superconductor es distinta del

diamagnetismo perfecto que surge de su resistencia eleacutectrica cero La resistencia

cero implica que si se trata de magnetizar un superconductor se generaraacuten

bucles de corriente para cancelar exactamente el campo magneacutetico impuesto

(ley de Lenz) Pero si cuando se enfrioacute el material para la transicioacuten a la

superconduccioacuten ya teniacutea un campo magneacutetico estable a su traveacutes se esperariacutea

que permaneciera ese campo magneacutetico Si no hubiera cambio en el campo

magneacutetico aplicado no habriacutea voltaje generado (ley de Faraday) para impulsar

corriente incluso en un conductor perfecto De ahiacute que la exclusioacuten activa de

campo magneacutetico debe ser considerada como un efecto distinto de soacutelo

resistencia cero

Una de las explicaciones teoacutericas del efecto Meissner proviene de la ecuacioacuten de

London Muestra que el campo magneacutetico decae exponencialmente en el

interior del superconductor sobre una distancia de 20-40 nm Se describe en

funcioacuten de un paraacutemetro llamado profundidad de penetracioacuten London

Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magneacuteticas en

la ciudad de Magnesia (Asia Menor) el Hombre ha tratado de buscar

aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo El tren de levitacioacuten

magneacutetica o maglev es un tren suspendido en el aire por encima de una viacutea

entre 10mm y 15 cm siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas

magneacuteticas (atractivas y repulsivas) La ausencia de contacto fiacutesico entre el carril

y el tren hace que la uacutenica friccioacuten sea la del aire por lo que se pueden conseguir

muy altas velocidades con un consumo de energiacutea razonable el 40 del

consumo normal para un vehiacuteculo y a un bajo nivel de ruido La liacutenea que une

Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30

kiloacutemetros a una velocidad maacutexima de 431 kmh y una media de 250 kmh En

Alemania se lleva a cabo la construccioacuten del Transrapid un maglev que uniraacute las

ciudades de Berliacuten y Hamburgo con una velocidad maacutexima de 500 kmh

Dentro de la levitacioacuten magneacutetica otra de las aplicaciones es el almacenamiento

de energiacutea mediante los volantes de inercia ya que permite hacer girar

indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magneacutetico

de manera que almacene la energiacutea mecaacutenica Este tipo de dispositivo se estudia

para la aplicacioacuten en trenes o de aerogeneradores (Cedex)Asimismo la

levitacioacuten tambieacuten se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de

asistencia ventricular compuesto por un Ventriacuteculo de Asistencia centriacutefugo y un

motor que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de

fallo ventricular

Los superconductores tambieacuten se utilizan como detectores de campos

electromagneacuteticos muy deacutebiles (hasta 100 mil millones de veces maacutes deacutebiles que

el campo geomagneacutetico de la Tierra) pudiendo utilizarse en el estudio de sentildeales

electromagneacuteticas generadas por el cerebro

El proacuteximo estadio en la evolucioacuten de los supercomputadoras se denomina

computacioacuten cuaacutentica que utilizando las propiedades de la superconductividad

podraacute alcanzar velocidades 250 maacutes veloces que los actuales

supercomputadoras

Referencias

Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los materiales Volumen 2 Paacutegina

709

Fiacutesica para ciencia y la tecnologiacutea Volumen 2 Paacuteginas 854-855

httpefectomeissnerelectroblogspotmx (10062015 1604)

httphyperphysicsphy-astrgsueduhbaseessolidsmeishtml

httpwww3icmmcsicessuperconductividadsuperconductividadlevitac

ion

httpsomosfisicayquimicablogspotmx201110superconductividad-el-

efecto-meissnerhtml

Santiago Garciacutea Dirce

Palencia Reyes R Andrea

Otra aplicacioacuten que tienen los cristales liacutequidos es su propiedad de cambio de color que sufren durante la fase colesteacuterica cuando la temperatura es aumentada o disminuida esta propiedad permite se aprovecha en la fabricacioacuten de indicadores de temperatura (termoacutemetros para identificar la temperatura corporal la temperatura de las maacutequinas y para monitorear la temperatura de acuarios) Algo importante de mencionar es su presencia en la bioquiacutemica muchas de las estructuras de las ceacutelulas estaacuten formadas por fases soacutelido cristalinas liotroacutepicas las propiedades de las membranas celulares y partes del ADN se deben a su comportamiento como cristales liacutequidos Referencias

Stephen Mi J amp Straley J P (1974 Octubre) Physics of Liquid Crystals Reviews of

Modern Physics 74(4)

Singer Sanford S (2015 Enero) Liquid Crystals Salem Press Encyclopedia of Science (research starters) MIT (2005) Liquid Crystals Fund of Mat Sci Structure-Lecture 24 Recuperado de Open Courseware MIT el 09 de mayo del 2015 de httpocwmiteducoursesmaterials-science-and-engineering3-012-fundamentals-of-materials-science-fall-2005lecture-noteslec24bpdf

EFECTO MEISSNER

Cuando un superconductor se enfriacutea por debajo de su temperatura criacutetica en un

campo magneacutetico extrantildeo aplicado el campo magneacutetico dentro del material

pasa a ser nulo

Este fenoacutemeno se obtuvo midiendo la distribucioacuten de flujo en el exterior de

muestras de plomo y estantildeo enfriados por debajo de su temperatura criacutetica en

presencia de un campo magneacutetico

Asiacute encontraron que el campo magneacutetico se anula completamente en el interior

del material superconductor y que las liacuteneas de campo magneacutetico son

expulsadas del interior del material por lo que este se comporta como un material

diamagneacutetico perfecto

Este efecto fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 y se

conoce ahora con el nombre de efecto Meissner

El campo magneacutetico se hace cero porque las corrientes superconductoras que se

inducen en la superficie del superconductor producen un segundo campo

magneacutetico que compensa el campo aplicado

El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y

su descubrimiento sirvioacute para deducir que la aparicioacuten de la superconductividad

es una transicioacuten de fase a un estado diferente

La levitacioacuten magneacutetica se debe a la repulsioacuten que se produce entre el imaacuten

permanente que produce el campo externo y el superconductor por causa del

campo magneacutetico producido por las corrientes inducidas en eacutel El efecto Meissner

soacutelo se verifica en ciertos materiales llamados Superconductores del Tipo I

Los materiales superconductores tipo I mientras estaacuten en el estado

superconductor son completamente diamagneacuteticos es decir cualquier campo

aplicado seraacute expulsado del cuerpo del material Algunos elementos metaacutelicos de

tipo I son Aluminio Plomo Estantildeo y Mercurio

Otros materiales llamados superconductores de tipo II poseen una curva de

imanacioacuten estos materiales son usualmente aleaciones o metales que poseen

resistividades grandes en el estado normal

Los superconductores del tipo II exhiben las propiedades eleacutectricas de los

superconductores Algunas aleaciones superconductoras de tipo II son Niobio-

Zirconio (Nb-Zr) Niobio-Titanio (Nb-Ti) y el compuesto intermetaacutelico Nb3Sn

Los superconductores de tipo II tambieacuten presentan el efecto Meissner con campos

magneacuteticos pequentildeos pero cuando el campo magneacutetico supera una

determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente

formando voacutertices Es decir el superconductor en este caso atrapa parte del

campo magneacutetico Para que pueda penetrar el campo magneacutetico en los voacutertices

se destruye la superconductividad Los voacutertices pueden anclarse en un

superconductor debido a defectos en la red

de aacutetomos Cuando esto ocurre el imaacuten que

estaacute levitando encima del superconductor

tambieacuten estaacute anclado y cuesta mucho

separarlos

El efecto Meissner reveloacute que el campo

magneacutetico en el interior de un

superconductor es siempre nulo

independientemente si ha sido enfriado por

debajo de la temperatura criacutetica en

presencia o no de un campo magneacutetico

externo Por lo tanto ademaacutes de conductores

ideales los superconductores pueden

considerarse tambieacuten diamagneacuteticos ideales

Este hecho permite considerar a la transicioacuten

superconductora como una autentica

transicioacuten de fase

Esta limitacioacuten a cero del campo magneacutetico

dentro de un superconductor es distinta del

diamagnetismo perfecto que surge de su resistencia eleacutectrica cero La resistencia

cero implica que si se trata de magnetizar un superconductor se generaraacuten

bucles de corriente para cancelar exactamente el campo magneacutetico impuesto

(ley de Lenz) Pero si cuando se enfrioacute el material para la transicioacuten a la

superconduccioacuten ya teniacutea un campo magneacutetico estable a su traveacutes se esperariacutea

que permaneciera ese campo magneacutetico Si no hubiera cambio en el campo

magneacutetico aplicado no habriacutea voltaje generado (ley de Faraday) para impulsar

corriente incluso en un conductor perfecto De ahiacute que la exclusioacuten activa de

campo magneacutetico debe ser considerada como un efecto distinto de soacutelo

resistencia cero

Una de las explicaciones teoacutericas del efecto Meissner proviene de la ecuacioacuten de

London Muestra que el campo magneacutetico decae exponencialmente en el

interior del superconductor sobre una distancia de 20-40 nm Se describe en

funcioacuten de un paraacutemetro llamado profundidad de penetracioacuten London

Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magneacuteticas en

la ciudad de Magnesia (Asia Menor) el Hombre ha tratado de buscar

aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo El tren de levitacioacuten

magneacutetica o maglev es un tren suspendido en el aire por encima de una viacutea

entre 10mm y 15 cm siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas

magneacuteticas (atractivas y repulsivas) La ausencia de contacto fiacutesico entre el carril

y el tren hace que la uacutenica friccioacuten sea la del aire por lo que se pueden conseguir

muy altas velocidades con un consumo de energiacutea razonable el 40 del

consumo normal para un vehiacuteculo y a un bajo nivel de ruido La liacutenea que une

Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30

kiloacutemetros a una velocidad maacutexima de 431 kmh y una media de 250 kmh En

Alemania se lleva a cabo la construccioacuten del Transrapid un maglev que uniraacute las

ciudades de Berliacuten y Hamburgo con una velocidad maacutexima de 500 kmh

Dentro de la levitacioacuten magneacutetica otra de las aplicaciones es el almacenamiento

de energiacutea mediante los volantes de inercia ya que permite hacer girar

indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magneacutetico

de manera que almacene la energiacutea mecaacutenica Este tipo de dispositivo se estudia

para la aplicacioacuten en trenes o de aerogeneradores (Cedex)Asimismo la

levitacioacuten tambieacuten se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de

asistencia ventricular compuesto por un Ventriacuteculo de Asistencia centriacutefugo y un

motor que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de

fallo ventricular

Los superconductores tambieacuten se utilizan como detectores de campos

electromagneacuteticos muy deacutebiles (hasta 100 mil millones de veces maacutes deacutebiles que

el campo geomagneacutetico de la Tierra) pudiendo utilizarse en el estudio de sentildeales

electromagneacuteticas generadas por el cerebro

El proacuteximo estadio en la evolucioacuten de los supercomputadoras se denomina

computacioacuten cuaacutentica que utilizando las propiedades de la superconductividad

podraacute alcanzar velocidades 250 maacutes veloces que los actuales

supercomputadoras

Referencias

Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los materiales Volumen 2 Paacutegina

709

Fiacutesica para ciencia y la tecnologiacutea Volumen 2 Paacuteginas 854-855

httpefectomeissnerelectroblogspotmx (10062015 1604)

httphyperphysicsphy-astrgsueduhbaseessolidsmeishtml

httpwww3icmmcsicessuperconductividadsuperconductividadlevitac

ion

httpsomosfisicayquimicablogspotmx201110superconductividad-el-

efecto-meissnerhtml

Santiago Garciacutea Dirce

Palencia Reyes R Andrea

EFECTO MEISSNER

Cuando un superconductor se enfriacutea por debajo de su temperatura criacutetica en un

campo magneacutetico extrantildeo aplicado el campo magneacutetico dentro del material

pasa a ser nulo

Este fenoacutemeno se obtuvo midiendo la distribucioacuten de flujo en el exterior de

muestras de plomo y estantildeo enfriados por debajo de su temperatura criacutetica en

presencia de un campo magneacutetico

Asiacute encontraron que el campo magneacutetico se anula completamente en el interior

del material superconductor y que las liacuteneas de campo magneacutetico son

expulsadas del interior del material por lo que este se comporta como un material

diamagneacutetico perfecto

Este efecto fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 y se

conoce ahora con el nombre de efecto Meissner

El campo magneacutetico se hace cero porque las corrientes superconductoras que se

inducen en la superficie del superconductor producen un segundo campo

magneacutetico que compensa el campo aplicado

El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y

su descubrimiento sirvioacute para deducir que la aparicioacuten de la superconductividad

es una transicioacuten de fase a un estado diferente

La levitacioacuten magneacutetica se debe a la repulsioacuten que se produce entre el imaacuten

permanente que produce el campo externo y el superconductor por causa del

campo magneacutetico producido por las corrientes inducidas en eacutel El efecto Meissner

soacutelo se verifica en ciertos materiales llamados Superconductores del Tipo I

Los materiales superconductores tipo I mientras estaacuten en el estado

superconductor son completamente diamagneacuteticos es decir cualquier campo

aplicado seraacute expulsado del cuerpo del material Algunos elementos metaacutelicos de

tipo I son Aluminio Plomo Estantildeo y Mercurio

Otros materiales llamados superconductores de tipo II poseen una curva de

imanacioacuten estos materiales son usualmente aleaciones o metales que poseen

resistividades grandes en el estado normal

Los superconductores del tipo II exhiben las propiedades eleacutectricas de los

superconductores Algunas aleaciones superconductoras de tipo II son Niobio-

Zirconio (Nb-Zr) Niobio-Titanio (Nb-Ti) y el compuesto intermetaacutelico Nb3Sn

Los superconductores de tipo II tambieacuten presentan el efecto Meissner con campos

magneacuteticos pequentildeos pero cuando el campo magneacutetico supera una

determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente

formando voacutertices Es decir el superconductor en este caso atrapa parte del

campo magneacutetico Para que pueda penetrar el campo magneacutetico en los voacutertices

se destruye la superconductividad Los voacutertices pueden anclarse en un

superconductor debido a defectos en la red

de aacutetomos Cuando esto ocurre el imaacuten que

estaacute levitando encima del superconductor

tambieacuten estaacute anclado y cuesta mucho

separarlos

El efecto Meissner reveloacute que el campo

magneacutetico en el interior de un

superconductor es siempre nulo

independientemente si ha sido enfriado por

debajo de la temperatura criacutetica en

presencia o no de un campo magneacutetico

externo Por lo tanto ademaacutes de conductores

ideales los superconductores pueden

considerarse tambieacuten diamagneacuteticos ideales

Este hecho permite considerar a la transicioacuten

superconductora como una autentica

transicioacuten de fase

Esta limitacioacuten a cero del campo magneacutetico

dentro de un superconductor es distinta del

diamagnetismo perfecto que surge de su resistencia eleacutectrica cero La resistencia

cero implica que si se trata de magnetizar un superconductor se generaraacuten

bucles de corriente para cancelar exactamente el campo magneacutetico impuesto

(ley de Lenz) Pero si cuando se enfrioacute el material para la transicioacuten a la

superconduccioacuten ya teniacutea un campo magneacutetico estable a su traveacutes se esperariacutea

que permaneciera ese campo magneacutetico Si no hubiera cambio en el campo

magneacutetico aplicado no habriacutea voltaje generado (ley de Faraday) para impulsar

corriente incluso en un conductor perfecto De ahiacute que la exclusioacuten activa de

campo magneacutetico debe ser considerada como un efecto distinto de soacutelo

resistencia cero

Una de las explicaciones teoacutericas del efecto Meissner proviene de la ecuacioacuten de

London Muestra que el campo magneacutetico decae exponencialmente en el

interior del superconductor sobre una distancia de 20-40 nm Se describe en

funcioacuten de un paraacutemetro llamado profundidad de penetracioacuten London

Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magneacuteticas en

la ciudad de Magnesia (Asia Menor) el Hombre ha tratado de buscar

aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo El tren de levitacioacuten

magneacutetica o maglev es un tren suspendido en el aire por encima de una viacutea

entre 10mm y 15 cm siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas

magneacuteticas (atractivas y repulsivas) La ausencia de contacto fiacutesico entre el carril

y el tren hace que la uacutenica friccioacuten sea la del aire por lo que se pueden conseguir

muy altas velocidades con un consumo de energiacutea razonable el 40 del

consumo normal para un vehiacuteculo y a un bajo nivel de ruido La liacutenea que une

Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30

kiloacutemetros a una velocidad maacutexima de 431 kmh y una media de 250 kmh En

Alemania se lleva a cabo la construccioacuten del Transrapid un maglev que uniraacute las

ciudades de Berliacuten y Hamburgo con una velocidad maacutexima de 500 kmh

Dentro de la levitacioacuten magneacutetica otra de las aplicaciones es el almacenamiento

de energiacutea mediante los volantes de inercia ya que permite hacer girar

indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magneacutetico

de manera que almacene la energiacutea mecaacutenica Este tipo de dispositivo se estudia

para la aplicacioacuten en trenes o de aerogeneradores (Cedex)Asimismo la

levitacioacuten tambieacuten se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de

asistencia ventricular compuesto por un Ventriacuteculo de Asistencia centriacutefugo y un

motor que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de

fallo ventricular

Los superconductores tambieacuten se utilizan como detectores de campos

electromagneacuteticos muy deacutebiles (hasta 100 mil millones de veces maacutes deacutebiles que

el campo geomagneacutetico de la Tierra) pudiendo utilizarse en el estudio de sentildeales

electromagneacuteticas generadas por el cerebro

El proacuteximo estadio en la evolucioacuten de los supercomputadoras se denomina

computacioacuten cuaacutentica que utilizando las propiedades de la superconductividad

podraacute alcanzar velocidades 250 maacutes veloces que los actuales

supercomputadoras

Referencias

Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los materiales Volumen 2 Paacutegina

709

Fiacutesica para ciencia y la tecnologiacutea Volumen 2 Paacuteginas 854-855

httpefectomeissnerelectroblogspotmx (10062015 1604)

httphyperphysicsphy-astrgsueduhbaseessolidsmeishtml

httpwww3icmmcsicessuperconductividadsuperconductividadlevitac

ion

httpsomosfisicayquimicablogspotmx201110superconductividad-el-

efecto-meissnerhtml

Santiago Garciacutea Dirce

Palencia Reyes R Andrea

Los superconductores de tipo II tambieacuten presentan el efecto Meissner con campos

magneacuteticos pequentildeos pero cuando el campo magneacutetico supera una

determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente

formando voacutertices Es decir el superconductor en este caso atrapa parte del

campo magneacutetico Para que pueda penetrar el campo magneacutetico en los voacutertices

se destruye la superconductividad Los voacutertices pueden anclarse en un

superconductor debido a defectos en la red

de aacutetomos Cuando esto ocurre el imaacuten que

estaacute levitando encima del superconductor

tambieacuten estaacute anclado y cuesta mucho

separarlos

El efecto Meissner reveloacute que el campo

magneacutetico en el interior de un

superconductor es siempre nulo

independientemente si ha sido enfriado por

debajo de la temperatura criacutetica en

presencia o no de un campo magneacutetico

externo Por lo tanto ademaacutes de conductores

ideales los superconductores pueden

considerarse tambieacuten diamagneacuteticos ideales

Este hecho permite considerar a la transicioacuten

superconductora como una autentica

transicioacuten de fase

Esta limitacioacuten a cero del campo magneacutetico

dentro de un superconductor es distinta del

diamagnetismo perfecto que surge de su resistencia eleacutectrica cero La resistencia

cero implica que si se trata de magnetizar un superconductor se generaraacuten

bucles de corriente para cancelar exactamente el campo magneacutetico impuesto

(ley de Lenz) Pero si cuando se enfrioacute el material para la transicioacuten a la

superconduccioacuten ya teniacutea un campo magneacutetico estable a su traveacutes se esperariacutea

que permaneciera ese campo magneacutetico Si no hubiera cambio en el campo

magneacutetico aplicado no habriacutea voltaje generado (ley de Faraday) para impulsar

corriente incluso en un conductor perfecto De ahiacute que la exclusioacuten activa de

campo magneacutetico debe ser considerada como un efecto distinto de soacutelo

resistencia cero

Una de las explicaciones teoacutericas del efecto Meissner proviene de la ecuacioacuten de

London Muestra que el campo magneacutetico decae exponencialmente en el

interior del superconductor sobre una distancia de 20-40 nm Se describe en

funcioacuten de un paraacutemetro llamado profundidad de penetracioacuten London

Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magneacuteticas en

la ciudad de Magnesia (Asia Menor) el Hombre ha tratado de buscar

aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo El tren de levitacioacuten

magneacutetica o maglev es un tren suspendido en el aire por encima de una viacutea

entre 10mm y 15 cm siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas

magneacuteticas (atractivas y repulsivas) La ausencia de contacto fiacutesico entre el carril

y el tren hace que la uacutenica friccioacuten sea la del aire por lo que se pueden conseguir

muy altas velocidades con un consumo de energiacutea razonable el 40 del

consumo normal para un vehiacuteculo y a un bajo nivel de ruido La liacutenea que une

Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30

kiloacutemetros a una velocidad maacutexima de 431 kmh y una media de 250 kmh En

Alemania se lleva a cabo la construccioacuten del Transrapid un maglev que uniraacute las

ciudades de Berliacuten y Hamburgo con una velocidad maacutexima de 500 kmh

Dentro de la levitacioacuten magneacutetica otra de las aplicaciones es el almacenamiento

de energiacutea mediante los volantes de inercia ya que permite hacer girar

indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magneacutetico

de manera que almacene la energiacutea mecaacutenica Este tipo de dispositivo se estudia

para la aplicacioacuten en trenes o de aerogeneradores (Cedex)Asimismo la

levitacioacuten tambieacuten se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de

asistencia ventricular compuesto por un Ventriacuteculo de Asistencia centriacutefugo y un

motor que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de

fallo ventricular

Los superconductores tambieacuten se utilizan como detectores de campos

electromagneacuteticos muy deacutebiles (hasta 100 mil millones de veces maacutes deacutebiles que

el campo geomagneacutetico de la Tierra) pudiendo utilizarse en el estudio de sentildeales

electromagneacuteticas generadas por el cerebro

El proacuteximo estadio en la evolucioacuten de los supercomputadoras se denomina

computacioacuten cuaacutentica que utilizando las propiedades de la superconductividad

podraacute alcanzar velocidades 250 maacutes veloces que los actuales

supercomputadoras

Referencias

Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los materiales Volumen 2 Paacutegina

709

Fiacutesica para ciencia y la tecnologiacutea Volumen 2 Paacuteginas 854-855

httpefectomeissnerelectroblogspotmx (10062015 1604)

httphyperphysicsphy-astrgsueduhbaseessolidsmeishtml

httpwww3icmmcsicessuperconductividadsuperconductividadlevitac

ion

httpsomosfisicayquimicablogspotmx201110superconductividad-el-

efecto-meissnerhtml

Santiago Garciacutea Dirce

Palencia Reyes R Andrea

aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo El tren de levitacioacuten

magneacutetica o maglev es un tren suspendido en el aire por encima de una viacutea

entre 10mm y 15 cm siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas

magneacuteticas (atractivas y repulsivas) La ausencia de contacto fiacutesico entre el carril

y el tren hace que la uacutenica friccioacuten sea la del aire por lo que se pueden conseguir

muy altas velocidades con un consumo de energiacutea razonable el 40 del

consumo normal para un vehiacuteculo y a un bajo nivel de ruido La liacutenea que une

Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30

kiloacutemetros a una velocidad maacutexima de 431 kmh y una media de 250 kmh En

Alemania se lleva a cabo la construccioacuten del Transrapid un maglev que uniraacute las

ciudades de Berliacuten y Hamburgo con una velocidad maacutexima de 500 kmh

Dentro de la levitacioacuten magneacutetica otra de las aplicaciones es el almacenamiento

de energiacutea mediante los volantes de inercia ya que permite hacer girar

indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magneacutetico

de manera que almacene la energiacutea mecaacutenica Este tipo de dispositivo se estudia

para la aplicacioacuten en trenes o de aerogeneradores (Cedex)Asimismo la

levitacioacuten tambieacuten se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de

asistencia ventricular compuesto por un Ventriacuteculo de Asistencia centriacutefugo y un

motor que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de

fallo ventricular

Los superconductores tambieacuten se utilizan como detectores de campos

electromagneacuteticos muy deacutebiles (hasta 100 mil millones de veces maacutes deacutebiles que

el campo geomagneacutetico de la Tierra) pudiendo utilizarse en el estudio de sentildeales

electromagneacuteticas generadas por el cerebro

El proacuteximo estadio en la evolucioacuten de los supercomputadoras se denomina

computacioacuten cuaacutentica que utilizando las propiedades de la superconductividad

podraacute alcanzar velocidades 250 maacutes veloces que los actuales

supercomputadoras

Referencias

Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los materiales Volumen 2 Paacutegina

709

Fiacutesica para ciencia y la tecnologiacutea Volumen 2 Paacuteginas 854-855

httpefectomeissnerelectroblogspotmx (10062015 1604)

httphyperphysicsphy-astrgsueduhbaseessolidsmeishtml

httpwww3icmmcsicessuperconductividadsuperconductividadlevitac

ion

httpsomosfisicayquimicablogspotmx201110superconductividad-el-

efecto-meissnerhtml

Santiago Garciacutea Dirce

Palencia Reyes R Andrea

Ferromagneacutetos Isaac Elias Rios Figueroa

Alejandro Jimenez Palestino

La mayoriacutea de los cuerpos existentes en la naturaleza presentan una estructura molecular en la que reina el maacutes

absoluto desorden y no se pueden magnetizar Sin embargo existen tambieacuten algunos metales en los que sus

aacutetomos pueden actuar esporaacutedicamente como imanes elementales alineaacutendose como tales si se someten a la

influencia de un campo magneacutetico Cuando eso ocurre se magnetizan convirtieacutendose en un imaacuten temporal o en

un imaacuten permanente

Los metales que se magnetizan con facilidad reciben el nombre de ldquoparamagneacuteticosrdquo y los que no se magnetizan

o son difiacuteciles de magnetizar se denominan ldquodiamagneacuteticosrdquo

Entre los ldquoparamagneacuteticosrdquo los metales maacutes faacuteciles de magnetizar se denominan ldquoferromagneacuteticosrdquo El hierro el

niacutequel el cobalto y algunas de las tierras raras (gadolinio disprosio) muestran un comportamiento uacutenico

magneacutetico llamado ferromagnetismo por hierro (ferrum en latiacuten) que es el ejemplo maacutes comuacuten y maacutes

espectacular y fue el hierro el metal en el que se detectoacute por primera vez esa propiedad El samario y el neodimio

en aleaciones con cobalto se han utilizado para fabricar imanes de tierras raras muy fuertes

El ferromagnetismo es un fenoacutemeno fiacutesico en el que se produce ordenamiento magneacutetico de todos los momentos

magneacuteticos de una muestra en la misma direccioacuten y sentido La interaccioacuten ferromagneacutetica es la interaccioacuten

magneacutetica que hace que los momentos magneacuteticos tiendan a disponerse en la misma direccioacuten y sentido Ha de

extenderse por todo un soacutelido para alcanzar el ferromagnetismo

Generalmente los ferromagnetos estaacuten divididos en dominios magneacuteticos separados por superficies conocidas

como paredes de Bloch En cada uno de estos dominios todos los momentos magneacuteticos estaacuten alineados En las

fronteras entre dominios hay cierta energiacutea potencial pero la formacioacuten de dominios estaacute compensada por la

ganancia en entropiacutea

El ferromagnetismo se manifiesta en el hecho de que un pequentildeo campo magneacutetico impuesto externamente por

ejemplo por un solenoacuteide puede originar que los dominios tiendan a alinearse con eacuteste de forma que aquellos

dominios en los que los dipolos estaacuten orientados con el mismo sentido y direccioacuten que el campo magneacutetico

inductor aumentan su tamantildeo Este aumento de tamantildeo se explica por las caracteriacutesticas de las paredes de Bloch

magneacuteticos se alineen entre siacute y entonces se dice que el material estaacute magnetizado Luego el campo magneacutetico

generado se puede aumentar por un gran factor que normalmente se expresa como la permeabilidad relativa del

material Hay muchas aplicaciones praacutecticas de materiales ferromagneacuteticos tales como los electroimanes

A- Metal de hierro en estado normal (no magnetizado) cuyos aacutetomos se encuentran desordenados B- El mismo metal de hierro ahora

magnetizado donde se puede observar que todas sus moleacuteculas se encuentran ordenadas guardando una misma orientacioacuten

Los ferroimanes tienden a permanecer magnetizados en cierta medida despueacutes de ser sometido a un campo

magneacutetico externo Esta tendencia a recordar su historia magneacutetica se llama histeacuteresis La fraccioacuten de la

magnetizacioacuten de saturacioacuten que es retenida cuando se elimina el campo de generacioacuten se llama remanencia del

material y es un factor importante en los imanes permanentes

Ferromagneacutetos Isaac Elias Rios Figueroa

Alejandro Jimenez Palestino

Todos los ferroimanes tienen una temperatura maacutexima donde desaparecen las propiedades ferromagneacuteticas como

resultado de la agitacioacuten teacutermica Esta temperatura se llama temperatura de Curie

Los materiales ferromagneacuteticos responden mecaacutenicamente al campo magneacutetico impuesto cambiando ligeramente su

longitud en la direccioacuten del campo aplicado Esta propiedad llamada magnetostriccioacuten origina el zumbido familiar de

los transformadores que es la respuesta mecaacutenica a los voltajes de corriente alterna de 60 Hz

Orden de Largo Alcance en los Ferroimanes

La ordenacioacuten de largo alcance que crea los dominios magneacuteticos en los materiales ferromagneacuteticos se cree que surge

debido al campo magneacutetico asociado con el spin Aunque en la mayor parte de los materiales estos campos se anulan

mutuamente en las sustancias ferromagneacuteticas se produce una alineacioacuten de los spines de los electrones de los

aacutetomos proacuteximos debido a fuerzas cuya explicacioacuten cae en el aacutembito de la mecaacutenica cuaacutentica

El imaacuten puede mantener durante mucho tiempo esta orientacioacuten de sus dominios auacuten si desaparece el campo

externo Sin embargo si se destruye la orientacioacuten privilegiada por ejemplo golpeando o calentando al imaacuten

desaparece su magnetizacioacuten al volver a las orientaciones aleatorias de los momentos magneacuteticos de los dominios

Si en una pieza de hierro se alinean todos los espines el campo seriacutea de alrededor de 21 Tesla Un campo magneacutetico

de aproximadamente 1 T puede ser producido en hierro recocido con un campo externo de aproximadamente 00002

T iexcluna multiplicacioacuten del campo externo por un factor de 5000 Para un material ferromagneacutetico dado el orden de

largo alcance desaparece abruptamente a una cierta temperatura que se llama temperatura de Curie del material La

temperatura de Curie del hierro es de aproximadamente 1043ordmK

La Temperatura de Curie

En un material ferromagneacutetico dado el orden de largo alcance desaparece abruptamente a una cierta temperatura

que se llama temperatura de Curie del material La temperatura de Curie del hierro es de unos 1043ordmK La

temperatura de Curie da una idea de la cantidad de energiacutea que se necesita para romper la ordenacioacuten de largo

alcance en el material A 1043ordmK la energiacutea teacutermica es aproximadamente 0135 eV en comparacioacuten con alrededor de

004 eV a temperatura ambiente

Ferromagneacutetos Isaac Elias Rios Figueroa

Alejandro Jimenez Palestino

Transformador

Un transformador hace uso de la ley de Faraday y las propiedades ferromagneacuteticas de un nuacutecleo de hierro para

subir o bajar eficientemente los voltajes de corriente alterna (AC) Por supuesto que no puede incrementar la

potencia de modo que si se eleva el voltaje la corriente es disminuida proporcionalmente y viceversa

Electroimaacuten

Los electroimanes tienen normalmente la forma de solenoacuteides con nuacutecleos

de hierro Las propiedades ferromagneacuteticas del nuacutecleo de hierro hace que

los dominios magneacuteticos internos del hierro se alineen con los campos

magneacuteticos mas pequentildeos producidos por la corriente en el solenoacuteide El

efecto es la multiplicacioacuten del campo magneacutetico por factores de decenas e

incluso miles de veces

Bibliografia

Fisica volumen 2 Resnick amp Halliday amp Krane | 4deg Edicioacuten paginas 239-244 httpwwwecuredcuindexphpFerromagnetismo httpwwwasifuncionacomelectrotecniake_electromagke_electromag_4htm httpswwwuamespersonal_pdicienciasrubenFESslidesmagnetism_4_5pdf

Ferromagneacutetos Isaac Elias Rios Figueroa

Alejandro Jimenez Palestino

Transformador

Un transformador hace uso de la ley de Faraday y las propiedades ferromagneacuteticas de un nuacutecleo de hierro para

subir o bajar eficientemente los voltajes de corriente alterna (AC) Por supuesto que no puede incrementar la

potencia de modo que si se eleva el voltaje la corriente es disminuida proporcionalmente y viceversa

Electroimaacuten

Los electroimanes tienen normalmente la forma de solenoacuteides con nuacutecleos

de hierro Las propiedades ferromagneacuteticas del nuacutecleo de hierro hace que

los dominios magneacuteticos internos del hierro se alineen con los campos

magneacuteticos mas pequentildeos producidos por la corriente en el solenoacuteide El

efecto es la multiplicacioacuten del campo magneacutetico por factores de decenas e

incluso miles de veces

Bibliografia

Fisica volumen 2 Resnick amp Halliday amp Krane | 4deg Edicioacuten paginas 239-244 httpwwwecuredcuindexphpFerromagnetismo httpwwwasifuncionacomelectrotecniake_electromagke_electromag_4htm httpswwwuamespersonal_pdicienciasrubenFESslidesmagnetism_4_5pdf

1

Equipo 10

Integrantes

Alemaacuten Ponce de Leoacuten Diego

Garciacutea Garciacutea Edson

Fotocataacutelisis

La fotocataacutelisis es un fenoacutemeno por el cual la luz puede reducir la energiacutea de

activacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica Este proceso se da cuando un semiconductor

absorbe un fotoacuten con una energiacutea hν igual o superior al valor de su energiacutea de banda

prohibida Eg (que es la energiacutea miacutenima necesaria para convertir un material en

conductor) en donde un electroacuten de la banda de valencia se promueve hacia la

banda de conduccioacuten como se muestra en la Figura 1 Durante el cual se forman

dos portadores de carga

Electrones en la banda de

conduccioacuten (e- CB)

Un electroacuten vacioacute positivo en la

banda de valencia conocido

como ldquohuecordquo (h+ VB)

Los electrones en estado excitado

dentro de la banda de conduccioacuten y

los huecos dentro de la banda de

valencia pueden recombinarse y

disipar la energiacutea inicial en forma de calor Tambieacuten podriacutean ser atrapados en los

estados superficiales metaestables o reaccionar con las moleacuteculas adsorbidas en la

superficie del semiconductor aceptando y donando electrones

La fotocataacutelisis se divide en dos tipos Heterogeacutenea y Homogeacutenea

Las caracteriacutesticas principales de la fotocataacutelisis heterogeacutenea son

En la solucioacuten se presenta maacutes de una fase ya que el semiconductor

es soacutelido

Generalmente se usa el dioacutexido de titanio (TiO2) en su forma anasta

Los reactivos y los productos por lo general son liacutequidos o gaseosos

Las reacciones ocurren en la interface del material

Los semiconductores poseen una gran aacuterea superficial como por

ejemplo la silica-aluacutemina que llega a tener un aacuterea de 300 m2g

Las caracteriacutesticas principales de la fotocataacutelisis homogeacutenea son

El catalizador y el sustrato se encuentra en la misma fase

Tiene reacciones del tipo Fotofenton en las cuales se utilizan

pequentildeas cantidades de Fe3+ y a su vez de peroacutexido de hidrogeno

para la formacioacuten de radicales hidroxilo

Utiliza la radiacioacuten UV y parte de la visible (580 nm)

Tiene la ventaja de no ser ambientalmente benigno

Figura 1 Esquema del mecanismo de la fotocataacutelisis

2

No tiene limitaciones por transferencia de masa por tratarse de un

sistema homogeacuteneo

Requiere de pHrsquos aacutecidos para evitar la precipitacioacuten del hierro

Los semiconductores de intereacutes en fotocataacutelisis son soacutelidos (generalmente oacutexidos)

en los cuales el solapamiento de los orbiacutetales atoacutemicos se extiende formando una

red atoacutemica tridimensional resultando una configuracioacuten de estados deslocalizados

muy proacuteximos entre siacute que forman bandas de estados electroacutenicos permitidos Entre

los cuales el rendimiento fotocataliacutetico del dioacutexido de titanio (TiO2) es el compuesto

maacutes representativo para el estudio de la fotocataacutelisis debido a los bordes de su

banda de energiacutea (Eg) los cuales coinciden con los potenciales redox del agua Sin

embargo este rendimiento fotocataliacutetico del TiO2 auacuten debe ser reforzado

considerando ahora la alta velocidad de recombinacioacuten de los pares electroacuten-hueco

fotogenerados y del estrecho intervalo de respuesta a la luz consecuencia del

amplio valor de su banda prohibida Para resolver estos problemas muchos

meacutetodos han sido propuestos para mejorar la actividad fotocataliacutetica del TiO2

incluyendo modificacioacuten de la estructura cristalina y de la textura ingenieriacutea de la

banda prohibida (estructura electroacutenica) el dopaje con iones metaacutelicos con carbono

o nitroacutegeno entre otros

Por otro lado se ha logrado activar al TiO2 en el espectro luz visible (cercano al UV)

la eficiencia alcanzada es relativamente baja lo que ha motivado a que se explore

con otros oacutexidos semiconductores que se activen en todo el espectro de luz visible

(400 ndash 800 nm)

La fotocataacutelisis es ampliamente

utilizada en una gran variedad de

aplicaciones y productos en los

campos de medio ambiente y

energiacutea incluyendo superficie

autolimpiables sistemas de aire

y purificacioacuten de agua la

esterilizacioacuten el desprendimiento

de hidroacutegeno y la conversioacuten

fotoelectroquiacutemico (ver Figura 2)

El desarrollo de nuevos

materiales estaacute fuertemente

obligada a proporcionar

representaciones mejoradas con

respecto a las propiedades

fotocataacuteliticas y encontrar nuevos

usos para la fotocataacutelisis

En la uacuteltima deacutecada la

importancia tanto tecnoloacutegica

como econoacutemica de la fotocataacutelisis ha crecido considerablemente Los incrementos

Figura 2 Principales aplicaciones fotocataiacuteiticas

3

en los rendimientos han sido fuertemente correlacionados a los avances en la

nanotecnologiacutea por ejemplo utilizar fotocatalizadores nanoparticulados ha

mejorado considerablemente la eficiencia cataliacutetica de estos materiales sin

embargo una amplia investigacioacuten continuacutea para optimizar esta tecnologiacutea y para

ampliar el espectro de aplicaciones potenciales

Bibliografiacutea

K Nakata y A Fujishima ldquoTiO2 photocatalysis design and applicationsrdquo

Journal of Photochemistry and Photobiology C Photochemistry Reviews

vol 13 pp 169-189 2012

Fotocataacutelisis URL httpwwwcimavedumxnoticia201309Fotocataacutelisis-

y-sus-aplicaciones Consultado por uacuteltima vez (10 de mayo de 2015)

Homogeneous photocatalysis URL

httpwwwhindawicomjournalsijp2012194823 Consultado por uacuteltima

vez (10 de mayo de 2015)

Jaramillo C Taborda G La fotocataacutelisis Aspectos fundamentales para una

buena remocioacuten de contaminantes Revista Universidad de Caldas (Enero-

Diciembre 2006) pp 71-78

Restrepo I Avances en investigacioacuten y desarrollo en agua y saneamiento

para el cumplimiento de las metas del milenio (1degEd) Universidad del

Valle Cali Colombia (Octubre 2007) pp 367 368

Rubiano H Claudia Marcela Laguna C William Alejandro Zapata S

Carmen Elena Marin S Estudio sobre las posibilidades de aplicacioacuten de la

fotocataacutelisis heterogeacutenea a los procesos de remocioacuten de fenoles en medio

acuoso Universidad Nacional de Colombia Gestioacuten y Ambiente vol 8

num1 (2005) pp 105-121

2

No tiene limitaciones por transferencia de masa por tratarse de un

sistema homogeacuteneo

Requiere de pHrsquos aacutecidos para evitar la precipitacioacuten del hierro

Los semiconductores de intereacutes en fotocataacutelisis son soacutelidos (generalmente oacutexidos)

en los cuales el solapamiento de los orbiacutetales atoacutemicos se extiende formando una

red atoacutemica tridimensional resultando una configuracioacuten de estados deslocalizados

muy proacuteximos entre siacute que forman bandas de estados electroacutenicos permitidos Entre

los cuales el rendimiento fotocataliacutetico del dioacutexido de titanio (TiO2) es el compuesto

maacutes representativo para el estudio de la fotocataacutelisis debido a los bordes de su

banda de energiacutea (Eg) los cuales coinciden con los potenciales redox del agua Sin

embargo este rendimiento fotocataliacutetico del TiO2 auacuten debe ser reforzado

considerando ahora la alta velocidad de recombinacioacuten de los pares electroacuten-hueco

fotogenerados y del estrecho intervalo de respuesta a la luz consecuencia del

amplio valor de su banda prohibida Para resolver estos problemas muchos

meacutetodos han sido propuestos para mejorar la actividad fotocataliacutetica del TiO2

incluyendo modificacioacuten de la estructura cristalina y de la textura ingenieriacutea de la

banda prohibida (estructura electroacutenica) el dopaje con iones metaacutelicos con carbono

o nitroacutegeno entre otros

Por otro lado se ha logrado activar al TiO2 en el espectro luz visible (cercano al UV)

la eficiencia alcanzada es relativamente baja lo que ha motivado a que se explore

con otros oacutexidos semiconductores que se activen en todo el espectro de luz visible

(400 ndash 800 nm)

La fotocataacutelisis es ampliamente

utilizada en una gran variedad de

aplicaciones y productos en los

campos de medio ambiente y

energiacutea incluyendo superficie

autolimpiables sistemas de aire

y purificacioacuten de agua la

esterilizacioacuten el desprendimiento

de hidroacutegeno y la conversioacuten

fotoelectroquiacutemico (ver Figura 2)

El desarrollo de nuevos

materiales estaacute fuertemente

obligada a proporcionar

representaciones mejoradas con

respecto a las propiedades

fotocataacuteliticas y encontrar nuevos

usos para la fotocataacutelisis

En la uacuteltima deacutecada la

importancia tanto tecnoloacutegica

como econoacutemica de la fotocataacutelisis ha crecido considerablemente Los incrementos

Figura 2 Principales aplicaciones fotocataiacuteiticas

3

en los rendimientos han sido fuertemente correlacionados a los avances en la

nanotecnologiacutea por ejemplo utilizar fotocatalizadores nanoparticulados ha

mejorado considerablemente la eficiencia cataliacutetica de estos materiales sin

embargo una amplia investigacioacuten continuacutea para optimizar esta tecnologiacutea y para

ampliar el espectro de aplicaciones potenciales

Bibliografiacutea

K Nakata y A Fujishima ldquoTiO2 photocatalysis design and applicationsrdquo

Journal of Photochemistry and Photobiology C Photochemistry Reviews

vol 13 pp 169-189 2012

Fotocataacutelisis URL httpwwwcimavedumxnoticia201309Fotocataacutelisis-

y-sus-aplicaciones Consultado por uacuteltima vez (10 de mayo de 2015)

Homogeneous photocatalysis URL

httpwwwhindawicomjournalsijp2012194823 Consultado por uacuteltima

vez (10 de mayo de 2015)

Jaramillo C Taborda G La fotocataacutelisis Aspectos fundamentales para una

buena remocioacuten de contaminantes Revista Universidad de Caldas (Enero-

Diciembre 2006) pp 71-78

Restrepo I Avances en investigacioacuten y desarrollo en agua y saneamiento

para el cumplimiento de las metas del milenio (1degEd) Universidad del

Valle Cali Colombia (Octubre 2007) pp 367 368

Rubiano H Claudia Marcela Laguna C William Alejandro Zapata S

Carmen Elena Marin S Estudio sobre las posibilidades de aplicacioacuten de la

fotocataacutelisis heterogeacutenea a los procesos de remocioacuten de fenoles en medio

acuoso Universidad Nacional de Colombia Gestioacuten y Ambiente vol 8

num1 (2005) pp 105-121

3

en los rendimientos han sido fuertemente correlacionados a los avances en la

nanotecnologiacutea por ejemplo utilizar fotocatalizadores nanoparticulados ha

mejorado considerablemente la eficiencia cataliacutetica de estos materiales sin

embargo una amplia investigacioacuten continuacutea para optimizar esta tecnologiacutea y para

ampliar el espectro de aplicaciones potenciales

Bibliografiacutea

K Nakata y A Fujishima ldquoTiO2 photocatalysis design and applicationsrdquo

Journal of Photochemistry and Photobiology C Photochemistry Reviews

vol 13 pp 169-189 2012

Fotocataacutelisis URL httpwwwcimavedumxnoticia201309Fotocataacutelisis-

y-sus-aplicaciones Consultado por uacuteltima vez (10 de mayo de 2015)

Homogeneous photocatalysis URL

httpwwwhindawicomjournalsijp2012194823 Consultado por uacuteltima

vez (10 de mayo de 2015)

Jaramillo C Taborda G La fotocataacutelisis Aspectos fundamentales para una

buena remocioacuten de contaminantes Revista Universidad de Caldas (Enero-

Diciembre 2006) pp 71-78

Restrepo I Avances en investigacioacuten y desarrollo en agua y saneamiento

para el cumplimiento de las metas del milenio (1degEd) Universidad del

Valle Cali Colombia (Octubre 2007) pp 367 368

Rubiano H Claudia Marcela Laguna C William Alejandro Zapata S

Carmen Elena Marin S Estudio sobre las posibilidades de aplicacioacuten de la

fotocataacutelisis heterogeacutenea a los procesos de remocioacuten de fenoles en medio

acuoso Universidad Nacional de Colombia Gestioacuten y Ambiente vol 8

num1 (2005) pp 105-121

LASER

TEORIacuteA QUE LO JUSTIFICA

En 1806 Maxwell propuso la teoriacutea electromagneacutetica explicando el comportamiento de la luz como una onda

conformada por campos eleacutectricos y magneacuteticos variables en el tiempo

doacutende

corresponde al campo eleacutectrico y al campo magneacutetico y a la velocidad de propagacioacuten

En 1900 el fiacutesico alemaacuten Max Planck sugirioacute que los aacutetomos radiantes se comportan como osciladores

armoacutenicos con frecuencia de vibracioacuten y adjunto la hipoacutetesis de que cada uno de los osciladores uacutenicamente

puede poseer energiacuteas E que satisfacen

En 1905 Einstein en su propuesta para explicar el efecto foto-eleacutectrico supuso que la luz se absorbe en

proporciones discretas con valores dados por la formula de Planck Ademaacutes extendioacute su propuesta al

establecer que la luz tambieacuten se propaga en forma de partiacuteculas discretas denominadas cuantos lumiacutenicos o

fotones

En 1923 se en denominado efecto Compton (difusioacuten de rayos X por electrones libres) puso de manifiesto las

propiedades corpusculares de la luz dando inicio a la teoriacutea cuaacutentica para la luz permitiendo junto con la

teoriacutea atoacutemica cimentar las bases para la invencioacuten del laacuteser

EFECTO REPRESENTATIVO

Amplificacioacuten de luz por emisioacuten estimulada de radiacioacuten

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

El termino laacuteser es un acroacutenimo de las palabras inglesas Light Ampification by Stimulated Emission of

Radiation (Amplificacioacuten de la luz por emisioacuten estimulada de radiacioacuten) Se trata de un dispositivo electroacutenico

que amplifica un haz de luz de extraordinaria intensidad Se basa en la excitacioacuten de una onda estacionaria

entre dos espejos uno opaco y otro trasluacutecido en un medio homogeacuteneo Como resultado de este proceso se

origina una onda luminosa de muacuteltiples idas y venidas entre los espejos que sale por el espejo trasluacutecido

Cuando todos los fotones estaacuten en fase los unos con los otros decimos que tenemos un estado coherente

Uacutenicamente la luz cuyos fotones viajan en fase los unos con respecto a los otros es coherente y este tipo de

luz es producido por lo que hoy conocemos como el laacuteser

En 1953 el fiacutesico Charles Townes y Arthur Schawlow contratados por la armada como investigadores crearon el denominado maacuteser oacuteptico un sistema que empleaba un haz de moleacuteculas separadas en dos grupos excitadas y no excitadas utilizado para la emisioacuten de microondas en una caacutemara de resonancia siendo eacuteste el primer laacuteser Aunque el primer rayo laacuteser tal y como lo conocemos actualmente fue hecho por H Maiman en 1960 usando un cristal de rubiacute (oacutexido de aluminio con pequentildeas impurezas de cromo)

El laacuteser estaacute constituido baacutesicamente por

Sistema de bombeo Es el encargado de suministrar la

energiacutea al material que va a producir la emisioacuten estimulada Existe

el bombeo oacuteptico y bombeo por descarga eleacutectrica

Medio activo Es la sustancia en la cual se produciraacute la

emisioacuten estimulada de radiacioacuten

Cavidad oacuteptica Es el recinto donde se amplificaraacute la radiacioacuten

El laacuteser se puede clasificar por medio de la naturaleza de de su medio activo

Estado gaseoso Donde su medio activo es un gas como el He Ne CO2 N2

Dentro de esta categoriacutea se encuentran

Laacuteseres de flujo axial lento Son de baja potencia y se caracterizan porque el flujo de gas es en sentido

axial a lo largo del resonador y sin impulsioacuten

Laacuteseres de flujo axial raacutepido Permiten potencias 1-2 W el flujo de gas va en sentido axial forzado a su

renovacioacuten mediante el empleo de bombas

Laacuteseres de flujo transversal El suministro de gas es de forma transversal por lo que la renovacioacuten del

gas es mucho mayor y maacutes eficaz

De colorante o sintonizables Donde el medio activo es una mezcla orgaacutenica que se encuentra en

suspensioacuten y dependen de la concentracioacuten y tipo del colorante

Semiconductores En este tipo de laacuteseres esta constituido por un dioso con elevada concentracioacuten de

impurezas El medio activo debe ser atravesado por la electricidad para generar la emisioacuten La longitud

de onda de estos siempre estaacuten dentro del rango de luz visibles

Estado soacutelido Cuyo medio activo consiste en un cristal dopado artificialmente con iones de otros

materiales En este caso el medio activo no es atravesado por la electricidad

La luz laacuteser presenta caracteriacutesticas definidas y especiacuteficas que son

Mono cromaticidad El haz emitido por el sistema presenta una longitud de onda con una dispersioacuten o

ancho de banda muy reducido que se encuentra por debajo de las deacutecimas de Angstron

Coherencia Todas las ondas que conforman el haz laacuteser estaacuten en cierta fase relacionadas una con

otra tanto en tiempo como en espacio

Direccionabilidad en una sola direccioacuten ya que todas las ondas emitidas estaacuten casi paralelas y por

tanto no hay divergencia del rayo de luz por lo que permanece invariable auacuten despueacutes de largos

recorridos

Brillo o intensidad Presenta una energiacutea emitida por unidad de tiempo por unidad de aacuterea mayor que

la de cualquier otra fuente de luz

El laacuteser de acuerdo a su longitud de onda

Rojo 760-630 nanoacutemetros

Naranja 630-600 nanoacutemetros

Amarillo 600-570 nanoacutemetros

Amarillo-verdoso 570-550 nanoacutemetros

Verde 550-520 nanoacutemetros

Verde-azulado 520-500 nanoacutemetros

Azul 500-450 nanoacutemetros

Violeta 450-380 nanoacutemetros

Laacuteser de Nd-YAG

Este laacuteser de estado soacutelido Neodimio-YAG se trata de una barra soacutelida de YAG (itrio-aluminio-granate) de

aspecto malva claro que contiene un dopante Nd3+ que es el causante de que estos laacuteseres emitan una

longitud de onda de 1064 microm la cual es muy uacutetil ya que la mayoriacutea de los materiales la absorben

eficazmente excepto los materiales orgaacutenicos Ademaacutes tiene muy buen rendimiento eleacutectrico y puede ser

transportada por fibra oacuteptica Eacuteste laser tiene una longitud de onda que puede ser doblada e incluso triplicada

con elementos oacutepticos lo que permite que con un resonador se disponga de tres longitudes de onda Los

laacuteseres neodimio-YAG se han convertido en importantes laacuteseres debido a que se pueden usar para producir

altas potencias (10kW)

Aplicaciones

Plantacioacuten de concentraciones locales de diversos tipos de aacutetomos en chips de silicio

Lector de coacutedigo de barras

Almacenamiento oacuteptico

Lectura digital en discos compactos (CD)o discos versaacutetiles digitales (DVD)

En fotocopiadoras e impresoras laser

En comunicaciones mediante fibra oacuteptica

En la holografiacutea una novedosa forma de creacioacuten de imaacutegenes tridimensionales

En cirugiacutea de la piel

En cirugiacutea de los ojos

En terapia contra el caacutencer

En retiracioacuten de tatuajes

En armas de energiacutea dirigada

Para cortar acero

Comunicacioacuten

Apuntadores de laser

Miras de armas

Medidores topograacuteficos

Marcado sobre plaacutesticos y metales

BIBLIOGRAFIacuteA Gonzaacutelez Edgar ldquoEacutel laacuteser Principios baacutesicosrdquo Universidad Santo Tomaacutes 2003

Bilmes Gabriel M ldquoLaserrdquo Ediciones Colihue SRL Buenos Aires 2008

A E Siegman ldquoLaserrdquo University Science Books USA

Alberto Cuesta Arranz ldquoTecnologiacutea Laacuteser Aplicaciones Industrialesrdquo Lasing SA Espantildea 2011

Brena Chaacutevez Ximena Valeria

Saacutenchez Martiacutenez Cecilia

Fabro Franco Fregoso Daniela

LED

iquestQueacute son los LEDrsquos

LED es el acroacutenimo ingleacutes de Light

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

sus dos extremos Si bien aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

Tipos de semiconductores

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

generalmente de un semiconductor

exacta Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 10

mismas en un semiconductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semic

conocidos como dopados o semiconductores

y Ge que son conocidos como

Estas impurezas introducidas son

de valencia de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

bull Un semiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo P se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

elemento con menos electrones de valencia

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

valencia del cristal del semiconductor (figura1)

cima de la banda conducir la electricidad asiacute el s

semiconductor puro Ej Silicio dopado con Boro

bull Un semiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo N se obtiene antildeadiendo un

elemento con maacutes electrones de valencia al

semiconductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa

existentes en el cristal Los aacutetomos

encuentran en niveles energeacuteticos cercan

banda de conduccioacuten y

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten

conductividad incrementa debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

radios televisiones teleacutefonos moacuteviles y

los uacuteltimos antildeos con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

Quiacutemica del Estado Soacutelido

-1-

LEDs Ligth-Emitting-Diodes

Light-Emitting Diode (en espantildeol Diodo emisor de luz)

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

conductor en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 1010 por lo que la introduccioacuten

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semiconductores Estos semiconductores son

conocidos como dopados o semiconductores extriacutensecos opuestos a los semiconductores como Si

y Ge que son conocidos como semiconductores intriacutensecos

introducidas son generalmente son elementos que tienen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

trones de valencia pues con ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

del semiconductor (figura1) Estos huecos permiten a los electrones cerca de la

a conducir la electricidad asiacute el soacutelido dopado seraacute mejor conductor que el

Ej Silicio dopado con Boro

se obtiene antildeadiendo un

electrones de valencia al

conductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa electrones

Los aacutetomos de dopaje se

encuentran en niveles energeacuteticos cercanos a la

sus electrones pueden

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten La

debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

televisiones teleacutefonos moacuteviles y pantallas de relojes digitales y en

con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al mismo tiempo una

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

iacutemica del Estado Soacutelido

Facultad de Quiacutemica

Diodo emisor de luz) Se trata de un

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a la presencia de

la introduccioacuten de las

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

onductores Estos semiconductores son

opuestos a los semiconductores como Si

enen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

on ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en la banda de

permiten a los electrones cerca de la

lido dopado seraacute mejor conductor que el

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-2-

extra entrando en la banda de conduccioacuten Cuando se antildeade el material dopante el cristal se

queda con un nuacutemero muy superior de electrones en la capa externa de los aacutetomos de los que

podriacutea almacenar el cristal sin doparse Ej Silicio dopado con Foacutesforo

Los semiconductores tipo p y tipo n en varias combinaciones componen ademaacutes de a los LEDs a

muchos dispositivos electroacutenicos como rectificadores transistores celdas fotovoltaicas etc

Principio de funcionamiento Uniones p-n

Las uniones p-n son preparadas ya sea por dopar

diferentes regiones de un cristal con diferentes aacutetomos

o por deposicioacuten de alguacuten tipo de material en la parte

superior de otro usando teacutecnicas como deposicioacuten de

vapor Su uso radica en la discontinuidad de

concentracioacuten de electrones entre la fase p y n Aunque

ambos semiconductores tipo y tipo n son

eleacutectricamente neutros el tipo n tiene una gran

concentracioacuten de electrones con respecto al tipo p Se

genera un campo eleacutectrico interno con el fin de igualar

dichas concentraciones cargando positivamente al tipo n por flujo de sus electrones al tipo p Se alcanza

finalmente un equilibrio en el que se establece un gradiente suave de la concentracioacuten de electrones

Aplicando un campo eleacutectrico externo a traveacutes de la unioacuten se perturba el equilibrio y las consecuencias

de esto son explotadas en los LEDS en donde una diferencia de potencial es aplicada a traveacutes de la unioacuten

p-n y asiacute un electroacuten de la banda de conduccioacuten movieacutendose al lado tipo p puede caer en las vacancias

de la banda de valencia del lado tipo p emitiendo un fotoacuten en el proceso es decir una emisioacuten de luz

cuya energiacutea estaacute dada por la ecuacioacuten E=hv Si la energiacutea que se libera al recombinarse los electrones

es pequentildea dicha energiacutea se emitiraacute en forma de ondas infrarrojas de bajas frecuencias

Por otro lado si la energiacutea es alta las ondas emitidas tendraacuten frecuencias maacutes altas emitiendo luz visible o

hasta ultravioleta De esta manera diferentes colores pueden ser producidos usando semiconductores

con band gaps diferentes

CompuestoCompuestoCompuestoCompuesto ColorColorColorColor

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo

arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) rojo e infrarrojo

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) anaranjado y amarillo

fosfuro de galio (GaP) Verde

nitruro de galio (GaN) Verde

seleniuro de cinc (ZnSe) Azul

nitruro de galio e indio (InGaN) Azul

carburo de silicio (SiC) Azul

diamante (C) Ultravioleta

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-3-

Aplicaciones

La tecnologiacutea LED es principalmente utilizada para iluminacioacuten por su disminucioacuten en costos menor

tiempo de encendido mayor tiempo de vida reducida emisioacuten de calor variedad de colores etc

Los primeros LEDs emitiacutean radiacioacuten de baja energiacutea como por ejemplo los IRED que emiten radiacioacuten

Infrarroja y son los utilizados desde hace tiempo para los controles remotos de televisores sistemas de

audio y de video En la actualidad existen LEDs capaces de emitir luz azul y hasta ultravioleta por lo cual

es posible usarlos en tecnologiacutea avanzada de comunicaciones y control

Gracias a su disentildeo compacto es posible usarlos desde indicadores de encendido y apagado en aparatos

electroacutenicos pantallas de celulares linternas de mano hasta iluminacioacuten aeroportuaria o las grandes

pantallas utilizadas en estadios

El IRED anteriormente mencionado fue usado para comunicaciones entre celulares y transmisioacuten de datos

mas fue reemplaza por la tecnologiacutea bluetooth

Es usado ampliamente para iluminacioacuten en sentildealamientos viales debido a su alta practicidad y bajo costo

el aumento en uso de la tecnologiacutea LED en estos sentildealamientos ha aumentado ampliamente desde el

2007

Los LEDs permiten ademaacutes la produccioacuten de diferentes colores con alto rendimiento luminoso pues la

peacuterdida de energiacutea es mucho menor a la comparada con laacutemparas normales a las cuales se les requiere

antildeadir un filtro que disminuye su eficiencia energeacutetica y lograr el mismo efecto

Hasta en corrientes artiacutesticas es posible realizar cuadros de LEDs o hasta vestuarios con los mismos Referencias

(1) West Anthony R (1999) Basic Solid State Chemistry 2nd Edition John Wiley amp Sons LTD pp 115-

116 315-318 320-321

(2) Smart Lesley Moore Elaine (2012) Solid State Chemistry An introduction 4th Edition CRC Press

Taylor amp Francis Group pp 190-193

(3) Gago Alfonso Fraile Jorge (2012) Iluminacioacuten con Tecnologiacutea LED 1ra Edicioacuten Ediciones

Paraninfo pp 1-6

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

El laacuteser se puede clasificar por medio de la naturaleza de de su medio activo

Estado gaseoso Donde su medio activo es un gas como el He Ne CO2 N2

Dentro de esta categoriacutea se encuentran

Laacuteseres de flujo axial lento Son de baja potencia y se caracterizan porque el flujo de gas es en sentido

axial a lo largo del resonador y sin impulsioacuten

Laacuteseres de flujo axial raacutepido Permiten potencias 1-2 W el flujo de gas va en sentido axial forzado a su

renovacioacuten mediante el empleo de bombas

Laacuteseres de flujo transversal El suministro de gas es de forma transversal por lo que la renovacioacuten del

gas es mucho mayor y maacutes eficaz

De colorante o sintonizables Donde el medio activo es una mezcla orgaacutenica que se encuentra en

suspensioacuten y dependen de la concentracioacuten y tipo del colorante

Semiconductores En este tipo de laacuteseres esta constituido por un dioso con elevada concentracioacuten de

impurezas El medio activo debe ser atravesado por la electricidad para generar la emisioacuten La longitud

de onda de estos siempre estaacuten dentro del rango de luz visibles

Estado soacutelido Cuyo medio activo consiste en un cristal dopado artificialmente con iones de otros

materiales En este caso el medio activo no es atravesado por la electricidad

La luz laacuteser presenta caracteriacutesticas definidas y especiacuteficas que son

Mono cromaticidad El haz emitido por el sistema presenta una longitud de onda con una dispersioacuten o

ancho de banda muy reducido que se encuentra por debajo de las deacutecimas de Angstron

Coherencia Todas las ondas que conforman el haz laacuteser estaacuten en cierta fase relacionadas una con

otra tanto en tiempo como en espacio

Direccionabilidad en una sola direccioacuten ya que todas las ondas emitidas estaacuten casi paralelas y por

tanto no hay divergencia del rayo de luz por lo que permanece invariable auacuten despueacutes de largos

recorridos

Brillo o intensidad Presenta una energiacutea emitida por unidad de tiempo por unidad de aacuterea mayor que

la de cualquier otra fuente de luz

El laacuteser de acuerdo a su longitud de onda

Rojo 760-630 nanoacutemetros

Naranja 630-600 nanoacutemetros

Amarillo 600-570 nanoacutemetros

Amarillo-verdoso 570-550 nanoacutemetros

Verde 550-520 nanoacutemetros

Verde-azulado 520-500 nanoacutemetros

Azul 500-450 nanoacutemetros

Violeta 450-380 nanoacutemetros

Laacuteser de Nd-YAG

Este laacuteser de estado soacutelido Neodimio-YAG se trata de una barra soacutelida de YAG (itrio-aluminio-granate) de

aspecto malva claro que contiene un dopante Nd3+ que es el causante de que estos laacuteseres emitan una

longitud de onda de 1064 microm la cual es muy uacutetil ya que la mayoriacutea de los materiales la absorben

eficazmente excepto los materiales orgaacutenicos Ademaacutes tiene muy buen rendimiento eleacutectrico y puede ser

transportada por fibra oacuteptica Eacuteste laser tiene una longitud de onda que puede ser doblada e incluso triplicada

con elementos oacutepticos lo que permite que con un resonador se disponga de tres longitudes de onda Los

laacuteseres neodimio-YAG se han convertido en importantes laacuteseres debido a que se pueden usar para producir

altas potencias (10kW)

Aplicaciones

Plantacioacuten de concentraciones locales de diversos tipos de aacutetomos en chips de silicio

Lector de coacutedigo de barras

Almacenamiento oacuteptico

Lectura digital en discos compactos (CD)o discos versaacutetiles digitales (DVD)

En fotocopiadoras e impresoras laser

En comunicaciones mediante fibra oacuteptica

En la holografiacutea una novedosa forma de creacioacuten de imaacutegenes tridimensionales

En cirugiacutea de la piel

En cirugiacutea de los ojos

En terapia contra el caacutencer

En retiracioacuten de tatuajes

En armas de energiacutea dirigada

Para cortar acero

Comunicacioacuten

Apuntadores de laser

Miras de armas

Medidores topograacuteficos

Marcado sobre plaacutesticos y metales

BIBLIOGRAFIacuteA Gonzaacutelez Edgar ldquoEacutel laacuteser Principios baacutesicosrdquo Universidad Santo Tomaacutes 2003

Bilmes Gabriel M ldquoLaserrdquo Ediciones Colihue SRL Buenos Aires 2008

A E Siegman ldquoLaserrdquo University Science Books USA

Alberto Cuesta Arranz ldquoTecnologiacutea Laacuteser Aplicaciones Industrialesrdquo Lasing SA Espantildea 2011

Brena Chaacutevez Ximena Valeria

Saacutenchez Martiacutenez Cecilia

Fabro Franco Fregoso Daniela

LED

iquestQueacute son los LEDrsquos

LED es el acroacutenimo ingleacutes de Light

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

sus dos extremos Si bien aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

Tipos de semiconductores

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

generalmente de un semiconductor

exacta Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 10

mismas en un semiconductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semic

conocidos como dopados o semiconductores

y Ge que son conocidos como

Estas impurezas introducidas son

de valencia de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

bull Un semiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo P se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

elemento con menos electrones de valencia

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

valencia del cristal del semiconductor (figura1)

cima de la banda conducir la electricidad asiacute el s

semiconductor puro Ej Silicio dopado con Boro

bull Un semiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo N se obtiene antildeadiendo un

elemento con maacutes electrones de valencia al

semiconductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa

existentes en el cristal Los aacutetomos

encuentran en niveles energeacuteticos cercan

banda de conduccioacuten y

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten

conductividad incrementa debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

radios televisiones teleacutefonos moacuteviles y

los uacuteltimos antildeos con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

Quiacutemica del Estado Soacutelido

-1-

LEDs Ligth-Emitting-Diodes

Light-Emitting Diode (en espantildeol Diodo emisor de luz)

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

conductor en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 1010 por lo que la introduccioacuten

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semiconductores Estos semiconductores son

conocidos como dopados o semiconductores extriacutensecos opuestos a los semiconductores como Si

y Ge que son conocidos como semiconductores intriacutensecos

introducidas son generalmente son elementos que tienen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

trones de valencia pues con ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

del semiconductor (figura1) Estos huecos permiten a los electrones cerca de la

a conducir la electricidad asiacute el soacutelido dopado seraacute mejor conductor que el

Ej Silicio dopado con Boro

se obtiene antildeadiendo un

electrones de valencia al

conductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa electrones

Los aacutetomos de dopaje se

encuentran en niveles energeacuteticos cercanos a la

sus electrones pueden

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten La

debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

televisiones teleacutefonos moacuteviles y pantallas de relojes digitales y en

con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al mismo tiempo una

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

iacutemica del Estado Soacutelido

Facultad de Quiacutemica

Diodo emisor de luz) Se trata de un

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a la presencia de

la introduccioacuten de las

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

onductores Estos semiconductores son

opuestos a los semiconductores como Si

enen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

on ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en la banda de

permiten a los electrones cerca de la

lido dopado seraacute mejor conductor que el

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-2-

extra entrando en la banda de conduccioacuten Cuando se antildeade el material dopante el cristal se

queda con un nuacutemero muy superior de electrones en la capa externa de los aacutetomos de los que

podriacutea almacenar el cristal sin doparse Ej Silicio dopado con Foacutesforo

Los semiconductores tipo p y tipo n en varias combinaciones componen ademaacutes de a los LEDs a

muchos dispositivos electroacutenicos como rectificadores transistores celdas fotovoltaicas etc

Principio de funcionamiento Uniones p-n

Las uniones p-n son preparadas ya sea por dopar

diferentes regiones de un cristal con diferentes aacutetomos

o por deposicioacuten de alguacuten tipo de material en la parte

superior de otro usando teacutecnicas como deposicioacuten de

vapor Su uso radica en la discontinuidad de

concentracioacuten de electrones entre la fase p y n Aunque

ambos semiconductores tipo y tipo n son

eleacutectricamente neutros el tipo n tiene una gran

concentracioacuten de electrones con respecto al tipo p Se

genera un campo eleacutectrico interno con el fin de igualar

dichas concentraciones cargando positivamente al tipo n por flujo de sus electrones al tipo p Se alcanza

finalmente un equilibrio en el que se establece un gradiente suave de la concentracioacuten de electrones

Aplicando un campo eleacutectrico externo a traveacutes de la unioacuten se perturba el equilibrio y las consecuencias

de esto son explotadas en los LEDS en donde una diferencia de potencial es aplicada a traveacutes de la unioacuten

p-n y asiacute un electroacuten de la banda de conduccioacuten movieacutendose al lado tipo p puede caer en las vacancias

de la banda de valencia del lado tipo p emitiendo un fotoacuten en el proceso es decir una emisioacuten de luz

cuya energiacutea estaacute dada por la ecuacioacuten E=hv Si la energiacutea que se libera al recombinarse los electrones

es pequentildea dicha energiacutea se emitiraacute en forma de ondas infrarrojas de bajas frecuencias

Por otro lado si la energiacutea es alta las ondas emitidas tendraacuten frecuencias maacutes altas emitiendo luz visible o

hasta ultravioleta De esta manera diferentes colores pueden ser producidos usando semiconductores

con band gaps diferentes

CompuestoCompuestoCompuestoCompuesto ColorColorColorColor

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo

arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) rojo e infrarrojo

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) anaranjado y amarillo

fosfuro de galio (GaP) Verde

nitruro de galio (GaN) Verde

seleniuro de cinc (ZnSe) Azul

nitruro de galio e indio (InGaN) Azul

carburo de silicio (SiC) Azul

diamante (C) Ultravioleta

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-3-

Aplicaciones

La tecnologiacutea LED es principalmente utilizada para iluminacioacuten por su disminucioacuten en costos menor

tiempo de encendido mayor tiempo de vida reducida emisioacuten de calor variedad de colores etc

Los primeros LEDs emitiacutean radiacioacuten de baja energiacutea como por ejemplo los IRED que emiten radiacioacuten

Infrarroja y son los utilizados desde hace tiempo para los controles remotos de televisores sistemas de

audio y de video En la actualidad existen LEDs capaces de emitir luz azul y hasta ultravioleta por lo cual

es posible usarlos en tecnologiacutea avanzada de comunicaciones y control

Gracias a su disentildeo compacto es posible usarlos desde indicadores de encendido y apagado en aparatos

electroacutenicos pantallas de celulares linternas de mano hasta iluminacioacuten aeroportuaria o las grandes

pantallas utilizadas en estadios

El IRED anteriormente mencionado fue usado para comunicaciones entre celulares y transmisioacuten de datos

mas fue reemplaza por la tecnologiacutea bluetooth

Es usado ampliamente para iluminacioacuten en sentildealamientos viales debido a su alta practicidad y bajo costo

el aumento en uso de la tecnologiacutea LED en estos sentildealamientos ha aumentado ampliamente desde el

2007

Los LEDs permiten ademaacutes la produccioacuten de diferentes colores con alto rendimiento luminoso pues la

peacuterdida de energiacutea es mucho menor a la comparada con laacutemparas normales a las cuales se les requiere

antildeadir un filtro que disminuye su eficiencia energeacutetica y lograr el mismo efecto

Hasta en corrientes artiacutesticas es posible realizar cuadros de LEDs o hasta vestuarios con los mismos Referencias

(1) West Anthony R (1999) Basic Solid State Chemistry 2nd Edition John Wiley amp Sons LTD pp 115-

116 315-318 320-321

(2) Smart Lesley Moore Elaine (2012) Solid State Chemistry An introduction 4th Edition CRC Press

Taylor amp Francis Group pp 190-193

(3) Gago Alfonso Fraile Jorge (2012) Iluminacioacuten con Tecnologiacutea LED 1ra Edicioacuten Ediciones

Paraninfo pp 1-6

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Laacuteser de Nd-YAG

Este laacuteser de estado soacutelido Neodimio-YAG se trata de una barra soacutelida de YAG (itrio-aluminio-granate) de

aspecto malva claro que contiene un dopante Nd3+ que es el causante de que estos laacuteseres emitan una

longitud de onda de 1064 microm la cual es muy uacutetil ya que la mayoriacutea de los materiales la absorben

eficazmente excepto los materiales orgaacutenicos Ademaacutes tiene muy buen rendimiento eleacutectrico y puede ser

transportada por fibra oacuteptica Eacuteste laser tiene una longitud de onda que puede ser doblada e incluso triplicada

con elementos oacutepticos lo que permite que con un resonador se disponga de tres longitudes de onda Los

laacuteseres neodimio-YAG se han convertido en importantes laacuteseres debido a que se pueden usar para producir

altas potencias (10kW)

Aplicaciones

Plantacioacuten de concentraciones locales de diversos tipos de aacutetomos en chips de silicio

Lector de coacutedigo de barras

Almacenamiento oacuteptico

Lectura digital en discos compactos (CD)o discos versaacutetiles digitales (DVD)

En fotocopiadoras e impresoras laser

En comunicaciones mediante fibra oacuteptica

En la holografiacutea una novedosa forma de creacioacuten de imaacutegenes tridimensionales

En cirugiacutea de la piel

En cirugiacutea de los ojos

En terapia contra el caacutencer

En retiracioacuten de tatuajes

En armas de energiacutea dirigada

Para cortar acero

Comunicacioacuten

Apuntadores de laser

Miras de armas

Medidores topograacuteficos

Marcado sobre plaacutesticos y metales

BIBLIOGRAFIacuteA Gonzaacutelez Edgar ldquoEacutel laacuteser Principios baacutesicosrdquo Universidad Santo Tomaacutes 2003

Bilmes Gabriel M ldquoLaserrdquo Ediciones Colihue SRL Buenos Aires 2008

A E Siegman ldquoLaserrdquo University Science Books USA

Alberto Cuesta Arranz ldquoTecnologiacutea Laacuteser Aplicaciones Industrialesrdquo Lasing SA Espantildea 2011

Brena Chaacutevez Ximena Valeria

Saacutenchez Martiacutenez Cecilia

Fabro Franco Fregoso Daniela

LED

iquestQueacute son los LEDrsquos

LED es el acroacutenimo ingleacutes de Light

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

sus dos extremos Si bien aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

Tipos de semiconductores

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

generalmente de un semiconductor

exacta Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 10

mismas en un semiconductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semic

conocidos como dopados o semiconductores

y Ge que son conocidos como

Estas impurezas introducidas son

de valencia de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

bull Un semiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo P se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

elemento con menos electrones de valencia

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

valencia del cristal del semiconductor (figura1)

cima de la banda conducir la electricidad asiacute el s

semiconductor puro Ej Silicio dopado con Boro

bull Un semiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo N se obtiene antildeadiendo un

elemento con maacutes electrones de valencia al

semiconductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa

existentes en el cristal Los aacutetomos

encuentran en niveles energeacuteticos cercan

banda de conduccioacuten y

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten

conductividad incrementa debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

radios televisiones teleacutefonos moacuteviles y

los uacuteltimos antildeos con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

Quiacutemica del Estado Soacutelido

-1-

LEDs Ligth-Emitting-Diodes

Light-Emitting Diode (en espantildeol Diodo emisor de luz)

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

conductor en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 1010 por lo que la introduccioacuten

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semiconductores Estos semiconductores son

conocidos como dopados o semiconductores extriacutensecos opuestos a los semiconductores como Si

y Ge que son conocidos como semiconductores intriacutensecos

introducidas son generalmente son elementos que tienen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

trones de valencia pues con ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

del semiconductor (figura1) Estos huecos permiten a los electrones cerca de la

a conducir la electricidad asiacute el soacutelido dopado seraacute mejor conductor que el

Ej Silicio dopado con Boro

se obtiene antildeadiendo un

electrones de valencia al

conductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa electrones

Los aacutetomos de dopaje se

encuentran en niveles energeacuteticos cercanos a la

sus electrones pueden

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten La

debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

televisiones teleacutefonos moacuteviles y pantallas de relojes digitales y en

con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al mismo tiempo una

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

iacutemica del Estado Soacutelido

Facultad de Quiacutemica

Diodo emisor de luz) Se trata de un

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a la presencia de

la introduccioacuten de las

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

onductores Estos semiconductores son

opuestos a los semiconductores como Si

enen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

on ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en la banda de

permiten a los electrones cerca de la

lido dopado seraacute mejor conductor que el

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-2-

extra entrando en la banda de conduccioacuten Cuando se antildeade el material dopante el cristal se

queda con un nuacutemero muy superior de electrones en la capa externa de los aacutetomos de los que

podriacutea almacenar el cristal sin doparse Ej Silicio dopado con Foacutesforo

Los semiconductores tipo p y tipo n en varias combinaciones componen ademaacutes de a los LEDs a

muchos dispositivos electroacutenicos como rectificadores transistores celdas fotovoltaicas etc

Principio de funcionamiento Uniones p-n

Las uniones p-n son preparadas ya sea por dopar

diferentes regiones de un cristal con diferentes aacutetomos

o por deposicioacuten de alguacuten tipo de material en la parte

superior de otro usando teacutecnicas como deposicioacuten de

vapor Su uso radica en la discontinuidad de

concentracioacuten de electrones entre la fase p y n Aunque

ambos semiconductores tipo y tipo n son

eleacutectricamente neutros el tipo n tiene una gran

concentracioacuten de electrones con respecto al tipo p Se

genera un campo eleacutectrico interno con el fin de igualar

dichas concentraciones cargando positivamente al tipo n por flujo de sus electrones al tipo p Se alcanza

finalmente un equilibrio en el que se establece un gradiente suave de la concentracioacuten de electrones

Aplicando un campo eleacutectrico externo a traveacutes de la unioacuten se perturba el equilibrio y las consecuencias

de esto son explotadas en los LEDS en donde una diferencia de potencial es aplicada a traveacutes de la unioacuten

p-n y asiacute un electroacuten de la banda de conduccioacuten movieacutendose al lado tipo p puede caer en las vacancias

de la banda de valencia del lado tipo p emitiendo un fotoacuten en el proceso es decir una emisioacuten de luz

cuya energiacutea estaacute dada por la ecuacioacuten E=hv Si la energiacutea que se libera al recombinarse los electrones

es pequentildea dicha energiacutea se emitiraacute en forma de ondas infrarrojas de bajas frecuencias

Por otro lado si la energiacutea es alta las ondas emitidas tendraacuten frecuencias maacutes altas emitiendo luz visible o

hasta ultravioleta De esta manera diferentes colores pueden ser producidos usando semiconductores

con band gaps diferentes

CompuestoCompuestoCompuestoCompuesto ColorColorColorColor

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo

arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) rojo e infrarrojo

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) anaranjado y amarillo

fosfuro de galio (GaP) Verde

nitruro de galio (GaN) Verde

seleniuro de cinc (ZnSe) Azul

nitruro de galio e indio (InGaN) Azul

carburo de silicio (SiC) Azul

diamante (C) Ultravioleta

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-3-

Aplicaciones

La tecnologiacutea LED es principalmente utilizada para iluminacioacuten por su disminucioacuten en costos menor

tiempo de encendido mayor tiempo de vida reducida emisioacuten de calor variedad de colores etc

Los primeros LEDs emitiacutean radiacioacuten de baja energiacutea como por ejemplo los IRED que emiten radiacioacuten

Infrarroja y son los utilizados desde hace tiempo para los controles remotos de televisores sistemas de

audio y de video En la actualidad existen LEDs capaces de emitir luz azul y hasta ultravioleta por lo cual

es posible usarlos en tecnologiacutea avanzada de comunicaciones y control

Gracias a su disentildeo compacto es posible usarlos desde indicadores de encendido y apagado en aparatos

electroacutenicos pantallas de celulares linternas de mano hasta iluminacioacuten aeroportuaria o las grandes

pantallas utilizadas en estadios

El IRED anteriormente mencionado fue usado para comunicaciones entre celulares y transmisioacuten de datos

mas fue reemplaza por la tecnologiacutea bluetooth

Es usado ampliamente para iluminacioacuten en sentildealamientos viales debido a su alta practicidad y bajo costo

el aumento en uso de la tecnologiacutea LED en estos sentildealamientos ha aumentado ampliamente desde el

2007

Los LEDs permiten ademaacutes la produccioacuten de diferentes colores con alto rendimiento luminoso pues la

peacuterdida de energiacutea es mucho menor a la comparada con laacutemparas normales a las cuales se les requiere

antildeadir un filtro que disminuye su eficiencia energeacutetica y lograr el mismo efecto

Hasta en corrientes artiacutesticas es posible realizar cuadros de LEDs o hasta vestuarios con los mismos Referencias

(1) West Anthony R (1999) Basic Solid State Chemistry 2nd Edition John Wiley amp Sons LTD pp 115-

116 315-318 320-321

(2) Smart Lesley Moore Elaine (2012) Solid State Chemistry An introduction 4th Edition CRC Press

Taylor amp Francis Group pp 190-193

(3) Gago Alfonso Fraile Jorge (2012) Iluminacioacuten con Tecnologiacutea LED 1ra Edicioacuten Ediciones

Paraninfo pp 1-6

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Fabro Franco Fregoso Daniela

LED

iquestQueacute son los LEDrsquos

LED es el acroacutenimo ingleacutes de Light

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

sus dos extremos Si bien aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

Tipos de semiconductores

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

generalmente de un semiconductor

exacta Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 10

mismas en un semiconductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semic

conocidos como dopados o semiconductores

y Ge que son conocidos como

Estas impurezas introducidas son

de valencia de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

bull Un semiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo Psemiconductor tipo P se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

elemento con menos electrones de valencia

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

valencia del cristal del semiconductor (figura1)

cima de la banda conducir la electricidad asiacute el s

semiconductor puro Ej Silicio dopado con Boro

bull Un semiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo Nsemiconductor tipo N se obtiene antildeadiendo un

elemento con maacutes electrones de valencia al

semiconductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa

existentes en el cristal Los aacutetomos

encuentran en niveles energeacuteticos cercan

banda de conduccioacuten y

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten

conductividad incrementa debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

radios televisiones teleacutefonos moacuteviles y

los uacuteltimos antildeos con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

Quiacutemica del Estado Soacutelido

-1-

LEDs Ligth-Emitting-Diodes

Light-Emitting Diode (en espantildeol Diodo emisor de luz)

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

conductor en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a

impurezas en concentraciones muy bajas como 1 parte en 1010 por lo que la introduccioacuten

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

de gran valor en la construccioacuten de dispositivos semiconductores Estos semiconductores son

conocidos como dopados o semiconductores extriacutensecos opuestos a los semiconductores como Si

y Ge que son conocidos como semiconductores intriacutensecos

introducidas son generalmente son elementos que tienen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

trones de valencia pues con ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en

del semiconductor (figura1) Estos huecos permiten a los electrones cerca de la

a conducir la electricidad asiacute el soacutelido dopado seraacute mejor conductor que el

Ej Silicio dopado con Boro

se obtiene antildeadiendo un

electrones de valencia al

conductor y con ello se aumenta el nuacutemero de

portadores de carga libre negativa electrones

Los aacutetomos de dopaje se

encuentran en niveles energeacuteticos cercanos a la

sus electrones pueden

faacutecilmente acceder a la banda de conduccioacuten La

debido a los electrones

Hoy en diacutea todos estamos familiarizados de alguna forma con los LEDrsquos

Los conocemos de verlos en muchos equipos de uso cotidiano como

televisiones teleacutefonos moacuteviles y pantallas de relojes digitales y en

con la introduccioacuten de nuevos materiales se han podido

crear LEDrsquos que emiten praacutecticamente en todo el espectro visible

generando casi cualquier color y ofreciendo al mismo tiempo una

eficiencia lumiacutenica que supera por mucho a la de las laacutemparas

incandescentes y casi a cualquier tecnologiacutea tradicional de iluminacioacuten

iacutemica del Estado Soacutelido

Facultad de Quiacutemica

Diodo emisor de luz) Se trata de un

dispositivo semiconductor que emite luz con una longitud de onda monocromaacutetica especiacutefica muy

bien definida cuando se polariza de forma directa pasando por tanto una corriente eleacutectrica entre

n aunque la lente del encapsulado puede estar coloreada es uacutenicamente

por motivos esteacuteticos y de clasificacioacuten pero no influye en el color de la luz emitida

La estructura fundamental de los diodos electroacutenicos consiste en la unioacuten de dos cristales

en los que se han antildeadido impurezas de manera controlada y

Las propiedades semiconductoras son extremadamente sensibles a la presencia de

la introduccioacuten de las

conductor muy puro altera las propiedades de una manera ha demostrado ser

onductores Estos semiconductores son

opuestos a los semiconductores como Si

enen maacutes o menos electrones

de manera que se obtienen semiconductores de tipo N o semiconductores de tipo P

se obtiene antildeadiendo al semiconductor una pequentildea cantidad de un

on ello se aumenta notablemente el nuacutemero

de portadores de carga libre positiva tambieacuten llamados huecos existentes en la banda de

permiten a los electrones cerca de la

lido dopado seraacute mejor conductor que el

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-2-

extra entrando en la banda de conduccioacuten Cuando se antildeade el material dopante el cristal se

queda con un nuacutemero muy superior de electrones en la capa externa de los aacutetomos de los que

podriacutea almacenar el cristal sin doparse Ej Silicio dopado con Foacutesforo

Los semiconductores tipo p y tipo n en varias combinaciones componen ademaacutes de a los LEDs a

muchos dispositivos electroacutenicos como rectificadores transistores celdas fotovoltaicas etc

Principio de funcionamiento Uniones p-n

Las uniones p-n son preparadas ya sea por dopar

diferentes regiones de un cristal con diferentes aacutetomos

o por deposicioacuten de alguacuten tipo de material en la parte

superior de otro usando teacutecnicas como deposicioacuten de

vapor Su uso radica en la discontinuidad de

concentracioacuten de electrones entre la fase p y n Aunque

ambos semiconductores tipo y tipo n son

eleacutectricamente neutros el tipo n tiene una gran

concentracioacuten de electrones con respecto al tipo p Se

genera un campo eleacutectrico interno con el fin de igualar

dichas concentraciones cargando positivamente al tipo n por flujo de sus electrones al tipo p Se alcanza

finalmente un equilibrio en el que se establece un gradiente suave de la concentracioacuten de electrones

Aplicando un campo eleacutectrico externo a traveacutes de la unioacuten se perturba el equilibrio y las consecuencias

de esto son explotadas en los LEDS en donde una diferencia de potencial es aplicada a traveacutes de la unioacuten

p-n y asiacute un electroacuten de la banda de conduccioacuten movieacutendose al lado tipo p puede caer en las vacancias

de la banda de valencia del lado tipo p emitiendo un fotoacuten en el proceso es decir una emisioacuten de luz

cuya energiacutea estaacute dada por la ecuacioacuten E=hv Si la energiacutea que se libera al recombinarse los electrones

es pequentildea dicha energiacutea se emitiraacute en forma de ondas infrarrojas de bajas frecuencias

Por otro lado si la energiacutea es alta las ondas emitidas tendraacuten frecuencias maacutes altas emitiendo luz visible o

hasta ultravioleta De esta manera diferentes colores pueden ser producidos usando semiconductores

con band gaps diferentes

CompuestoCompuestoCompuestoCompuesto ColorColorColorColor

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo

arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) rojo e infrarrojo

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) anaranjado y amarillo

fosfuro de galio (GaP) Verde

nitruro de galio (GaN) Verde

seleniuro de cinc (ZnSe) Azul

nitruro de galio e indio (InGaN) Azul

carburo de silicio (SiC) Azul

diamante (C) Ultravioleta

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-3-

Aplicaciones

La tecnologiacutea LED es principalmente utilizada para iluminacioacuten por su disminucioacuten en costos menor

tiempo de encendido mayor tiempo de vida reducida emisioacuten de calor variedad de colores etc

Los primeros LEDs emitiacutean radiacioacuten de baja energiacutea como por ejemplo los IRED que emiten radiacioacuten

Infrarroja y son los utilizados desde hace tiempo para los controles remotos de televisores sistemas de

audio y de video En la actualidad existen LEDs capaces de emitir luz azul y hasta ultravioleta por lo cual

es posible usarlos en tecnologiacutea avanzada de comunicaciones y control

Gracias a su disentildeo compacto es posible usarlos desde indicadores de encendido y apagado en aparatos

electroacutenicos pantallas de celulares linternas de mano hasta iluminacioacuten aeroportuaria o las grandes

pantallas utilizadas en estadios

El IRED anteriormente mencionado fue usado para comunicaciones entre celulares y transmisioacuten de datos

mas fue reemplaza por la tecnologiacutea bluetooth

Es usado ampliamente para iluminacioacuten en sentildealamientos viales debido a su alta practicidad y bajo costo

el aumento en uso de la tecnologiacutea LED en estos sentildealamientos ha aumentado ampliamente desde el

2007

Los LEDs permiten ademaacutes la produccioacuten de diferentes colores con alto rendimiento luminoso pues la

peacuterdida de energiacutea es mucho menor a la comparada con laacutemparas normales a las cuales se les requiere

antildeadir un filtro que disminuye su eficiencia energeacutetica y lograr el mismo efecto

Hasta en corrientes artiacutesticas es posible realizar cuadros de LEDs o hasta vestuarios con los mismos Referencias

(1) West Anthony R (1999) Basic Solid State Chemistry 2nd Edition John Wiley amp Sons LTD pp 115-

116 315-318 320-321

(2) Smart Lesley Moore Elaine (2012) Solid State Chemistry An introduction 4th Edition CRC Press

Taylor amp Francis Group pp 190-193

(3) Gago Alfonso Fraile Jorge (2012) Iluminacioacuten con Tecnologiacutea LED 1ra Edicioacuten Ediciones

Paraninfo pp 1-6

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-2-

extra entrando en la banda de conduccioacuten Cuando se antildeade el material dopante el cristal se

queda con un nuacutemero muy superior de electrones en la capa externa de los aacutetomos de los que

podriacutea almacenar el cristal sin doparse Ej Silicio dopado con Foacutesforo

Los semiconductores tipo p y tipo n en varias combinaciones componen ademaacutes de a los LEDs a

muchos dispositivos electroacutenicos como rectificadores transistores celdas fotovoltaicas etc

Principio de funcionamiento Uniones p-n

Las uniones p-n son preparadas ya sea por dopar

diferentes regiones de un cristal con diferentes aacutetomos

o por deposicioacuten de alguacuten tipo de material en la parte

superior de otro usando teacutecnicas como deposicioacuten de

vapor Su uso radica en la discontinuidad de

concentracioacuten de electrones entre la fase p y n Aunque

ambos semiconductores tipo y tipo n son

eleacutectricamente neutros el tipo n tiene una gran

concentracioacuten de electrones con respecto al tipo p Se

genera un campo eleacutectrico interno con el fin de igualar

dichas concentraciones cargando positivamente al tipo n por flujo de sus electrones al tipo p Se alcanza

finalmente un equilibrio en el que se establece un gradiente suave de la concentracioacuten de electrones

Aplicando un campo eleacutectrico externo a traveacutes de la unioacuten se perturba el equilibrio y las consecuencias

de esto son explotadas en los LEDS en donde una diferencia de potencial es aplicada a traveacutes de la unioacuten

p-n y asiacute un electroacuten de la banda de conduccioacuten movieacutendose al lado tipo p puede caer en las vacancias

de la banda de valencia del lado tipo p emitiendo un fotoacuten en el proceso es decir una emisioacuten de luz

cuya energiacutea estaacute dada por la ecuacioacuten E=hv Si la energiacutea que se libera al recombinarse los electrones

es pequentildea dicha energiacutea se emitiraacute en forma de ondas infrarrojas de bajas frecuencias

Por otro lado si la energiacutea es alta las ondas emitidas tendraacuten frecuencias maacutes altas emitiendo luz visible o

hasta ultravioleta De esta manera diferentes colores pueden ser producidos usando semiconductores

con band gaps diferentes

CompuestoCompuestoCompuestoCompuesto ColorColorColorColor

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo

arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) rojo e infrarrojo

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) anaranjado y amarillo

fosfuro de galio (GaP) Verde

nitruro de galio (GaN) Verde

seleniuro de cinc (ZnSe) Azul

nitruro de galio e indio (InGaN) Azul

carburo de silicio (SiC) Azul

diamante (C) Ultravioleta

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-3-

Aplicaciones

La tecnologiacutea LED es principalmente utilizada para iluminacioacuten por su disminucioacuten en costos menor

tiempo de encendido mayor tiempo de vida reducida emisioacuten de calor variedad de colores etc

Los primeros LEDs emitiacutean radiacioacuten de baja energiacutea como por ejemplo los IRED que emiten radiacioacuten

Infrarroja y son los utilizados desde hace tiempo para los controles remotos de televisores sistemas de

audio y de video En la actualidad existen LEDs capaces de emitir luz azul y hasta ultravioleta por lo cual

es posible usarlos en tecnologiacutea avanzada de comunicaciones y control

Gracias a su disentildeo compacto es posible usarlos desde indicadores de encendido y apagado en aparatos

electroacutenicos pantallas de celulares linternas de mano hasta iluminacioacuten aeroportuaria o las grandes

pantallas utilizadas en estadios

El IRED anteriormente mencionado fue usado para comunicaciones entre celulares y transmisioacuten de datos

mas fue reemplaza por la tecnologiacutea bluetooth

Es usado ampliamente para iluminacioacuten en sentildealamientos viales debido a su alta practicidad y bajo costo

el aumento en uso de la tecnologiacutea LED en estos sentildealamientos ha aumentado ampliamente desde el

2007

Los LEDs permiten ademaacutes la produccioacuten de diferentes colores con alto rendimiento luminoso pues la

peacuterdida de energiacutea es mucho menor a la comparada con laacutemparas normales a las cuales se les requiere

antildeadir un filtro que disminuye su eficiencia energeacutetica y lograr el mismo efecto

Hasta en corrientes artiacutesticas es posible realizar cuadros de LEDs o hasta vestuarios con los mismos Referencias

(1) West Anthony R (1999) Basic Solid State Chemistry 2nd Edition John Wiley amp Sons LTD pp 115-

116 315-318 320-321

(2) Smart Lesley Moore Elaine (2012) Solid State Chemistry An introduction 4th Edition CRC Press

Taylor amp Francis Group pp 190-193

(3) Gago Alfonso Fraile Jorge (2012) Iluminacioacuten con Tecnologiacutea LED 1ra Edicioacuten Ediciones

Paraninfo pp 1-6

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Quiacutemica del Estado Soacutelido

Fabro Franco Fregoso Daniela Facultad de Quiacutemica

-3-

Aplicaciones

La tecnologiacutea LED es principalmente utilizada para iluminacioacuten por su disminucioacuten en costos menor

tiempo de encendido mayor tiempo de vida reducida emisioacuten de calor variedad de colores etc

Los primeros LEDs emitiacutean radiacioacuten de baja energiacutea como por ejemplo los IRED que emiten radiacioacuten

Infrarroja y son los utilizados desde hace tiempo para los controles remotos de televisores sistemas de

audio y de video En la actualidad existen LEDs capaces de emitir luz azul y hasta ultravioleta por lo cual

es posible usarlos en tecnologiacutea avanzada de comunicaciones y control

Gracias a su disentildeo compacto es posible usarlos desde indicadores de encendido y apagado en aparatos

electroacutenicos pantallas de celulares linternas de mano hasta iluminacioacuten aeroportuaria o las grandes

pantallas utilizadas en estadios

El IRED anteriormente mencionado fue usado para comunicaciones entre celulares y transmisioacuten de datos

mas fue reemplaza por la tecnologiacutea bluetooth

Es usado ampliamente para iluminacioacuten en sentildealamientos viales debido a su alta practicidad y bajo costo

el aumento en uso de la tecnologiacutea LED en estos sentildealamientos ha aumentado ampliamente desde el

2007

Los LEDs permiten ademaacutes la produccioacuten de diferentes colores con alto rendimiento luminoso pues la

peacuterdida de energiacutea es mucho menor a la comparada con laacutemparas normales a las cuales se les requiere

antildeadir un filtro que disminuye su eficiencia energeacutetica y lograr el mismo efecto

Hasta en corrientes artiacutesticas es posible realizar cuadros de LEDs o hasta vestuarios con los mismos Referencias

(1) West Anthony R (1999) Basic Solid State Chemistry 2nd Edition John Wiley amp Sons LTD pp 115-

116 315-318 320-321

(2) Smart Lesley Moore Elaine (2012) Solid State Chemistry An introduction 4th Edition CRC Press

Taylor amp Francis Group pp 190-193

(3) Gago Alfonso Fraile Jorge (2012) Iluminacioacuten con Tecnologiacutea LED 1ra Edicioacuten Ediciones

Paraninfo pp 1-6

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Arzate Goacutemez Jazibeth Ailin Cruz Cruz Jesuacutes Ivaacuten

Magnetoresistencia

Definicioacuten Magneto resistencia es la propiedad de ciertos materiales de variar su rersistencia eleacutectrica al ser sometidos a un campo eleacutectrico externo Este ocurre principalmente cerca de la temperatura de transicioacuten para- ferromagneacutetica Tc Evolucioacuten de la magnetorresistencia En sus inicios fue descubierta y observada por William Thomsom quien soacutelo pudo apreciar un maacuteximo de reduccioacuten en un 5 actualmente con la evolucioacuten de la fiacutesica de materiales se han llegado a desarrollar materiales que permiten un 60 en la reduccioacuten de la resistencia Los materiales que tienen magnetorresistencia gigante suelen consistir en varias capas de aacutetomos por ejemplo un material con magnetorresistencia gigante se conforma de capas de hierro capas de cromo y una capa final de hierro del mismo grosor que la primera Tipos de magnetorresistencia(3)

MAGNETORRESISTENCIA MATERIALES CAMBIOS EN R

MR Anisoacutetropa (AMR) Ferromagneacuteticos 5

MR Gigante (GMR) Ferromagneacuteticos multicapa 50

MR Tuacutenel (TMR) Ferromagneacuteticos multicapa 1

MR Colosal (CMR) Oacutexidos de Perovskita de Mandaneso

600

bullMagnetorresistencia Anisoacutetropa Un sistema tiene anisotropiacutea magneacutetica si su magnetizacioacuten se orienta espontaacuteneamente en alguna o algunas direcciones preferenciales Las anisotropiacuteasas magneacuteticas pueden tener distintos oriacutegenes de forma magnetocristalina debido a tensiones naturales o inducidas de superficie o interfaz Por la simetriacutea de los ejes preferenciales pueden clasificarse en uniaxiales biaxiales cuacutebicas etc La magnetorresistencia Anisoacutetropa contribuye de manera especiacutefica a la densidad de energiacutea libre del sistema bullMagnetorresistencia Gigante La GMR es un efecto mecaacutenico cuaacutentico que se observa en estructuras de peliacutecula delgada compuestas de capas alternadas ferromagneacuteticas y no magneacuteticas Se manifiesta en forma de una bajada significativa de la resistencia eleacutectrica observada bajo la aplicacioacuten de un campo magneacutetico esto es Las cabezas lectoras de los discos duros estaacuten compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eleacutectrica depende del campo magneacutetico Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia La diferencia es que hay un sandwich con maacutes capas cuyo resultado es que la variacioacuten de la resistencia es mucho maacutes

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

grande y por tanto se pueden hacer ldquobitsrdquo mucho maacutes pequentildeos De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros bullMagnetorresistencia Tuacutenel Magnetorresistencia de tuacutenel es un efecto magnetorresistivo que se produce en una unioacuten tuacutenel magneacutetico que es un componente que consiste en dos ferromagnetos separados por un aislante Si la capa aislante es lo suficientemente delgada los electrones pueden crear un tuacutenel de un material ferromagneacutetico al otro Dado que este proceso estaacute prohibido en la fiacutesica claacutesica la magnetorresistencia tuacutenel es un fenoacutemeno estrictamente de mecaacutenica cuaacutentica bullMagnetorresistencia Colosal Es una propiedad intriacutenseca que aparece en ciertos materiales en los que existe una fuerte correlacioacuten entre las propiedades magneacuteticas y las de transporte eleacutectrico Caracteriacutesticas principales Lo sensores magnetorresistivos tienen Alta sensibilidad en la deteccioacuten de campos magneacuteticos Amplio rango de temperatura Gran estabilidad y alto margen de variacioacuten o desviacioacuten (Offset) reducido Baja sensibilidad a la tensioacuten mecaacutenica Utilidad de la magnetorresistencia La utilidad de esta propiedad radica en poder reducir el tamantildeo de los discos duros y unidades de almacenamiento de informacioacuten Esto se debe a que la propiedad de la magnetorresistencia gigante en algunos materiales permite la disminucioacuten del lector de bits de estas unidades hasta niveles atoacutemicos y asiacute aprovechar mejor la superficie para el guardado de informacioacuten Ademaacutes otras aplicaciones importantes son Medida del campo terrestre Sensores de posicioacuten Detectores de traacutefico Teoriacutea que lo justifica En experimentos realizados en multicapas de FeCo en presencia de campos magneacuteticos intensos se observaron un cambio en la resistencia mucho mayor que los cambios en la resistencia observados anteriormente motivo por el cual a este fenoacutemeno se le nombroacute Magnetoresistencia Gigante (Figura No1) Este efecto se observa en estructuras de peliacuteculas delgadas formadas por capas alternadas de materiales ferromagneacuteticos y no magneacuteticos Si la capa de un material no magneacutetico separa dos capas ferromagneacuteticas al hacer pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de la estructura se puede cambiar la resistencia del material simplemente cambiando la direccioacuten de magnetizacioacuten de las capas ferromagneacuteticas En materiales ferromagneacuteticos los electrones de conduccioacuten pueden tener espiacuten hacia abajo si es antipararlelo En conductores no magneacuteticos hay un nuacutemero igual de espines hacia arriba y

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

hacia abajo en todas las bandas de energiacutea Por lo tanto la probabilidad de que un electroacuten sufra procesos de dispersioacuten cuando pasa a un conductor ferromagneacutetico depende de la direccioacuten de su espiacuten Compuestoefecto representativo Multicapas de FeCo

Figura No1 Represnetacioacuten esquemaacutetica de una estructura de tres capas 2 capas ferromagneacuteticas ideacutenticas F1 F2 y en medio de elas una capa de metal no-magneacutetico M (a) Cuando la magnetizacioacuten de los ferromagnetos F1 y F2 es paralela los electrones con espiacuten hacia arriba (espiacuten antiparalelo a la magnetizacioacuten) pueden atravesar la estructura casi sin dispersioacuten lo que produce una resistencia miacutenima (b) Al contrario en el caso antiparalelo los electrones con espiacuten hacia arriba y espiacuten hacia abajo sufren dispersiones en ambos ferromagnetos F1 y F2 dando lugar a una resistencia mayor(1)

Referencias

1) IGLESIAS V Priscilla Elizabeth (2010) ldquoOrientacioacuten de espiacuten por un campo eleacutectrico AC en heteroestructuras semiconductoras con interaccioacuten espiacuten-oacuterbitardquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Posgrado en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales Centro de nanociencias y nanotecnologiacutea Ensenada BC pp 13 2223

2) MORALES H Alfredo (2010) ldquoSiacutentesis estructura y propiedades magneacuteticas de manganitas

(La-Sr) sustituidas con Fe y Crrdquo Tesis de Maestriacutea en Ciencias e Ingenieriacutea de materiales UNAM Instituto de investigaciones en materiales Meacutexico DF pp10-14

3) RENEDO S Eugenio ldquoMagnetoresistenciardquo

Consulta en liacutenea 9 de mayo de 2015 a las 2040 horas httpswwwuamespersonal_pdicienciasjsolerdocenciasolido2010presentacionesmagnetorresistenciapdf

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

1

O-LED

Introduccioacuten

OLED (siglas en ingleacutes de organic light-emitting

diode en espantildeol diodo orgaacutenico de emisioacuten de

luz) es un diodo (componente electroacutenico de dos

terminales que permite la circulacioacuten de la

corriente eleacutectrica a traveacutes de eacutel en un solo sentido)

que se basa en una capa electroluminiscente

formada por una peliacutecula de componentes

orgaacutenicos que reaccionan a una determinada

estimulacioacuten eleacutectrica generando y emitiendo luz

por siacute mismos

Los diodos orgaacutenicos de emisioacuten de luz son dispositivos

electroacutenicos hechos por dos finas capas orgaacutenicas una

capa de emisioacuten y una capa de conduccioacuten que a la vez

estaacuten comprendidas entre una fina peliacutecula que hace de

terminal aacutenodo y otra igual que hace de caacutetodo En

general estas capas estaacuten hechas de moleacuteculas o

poliacutemeros que conducen la electricidad

(semiconductores orgaacutenicos

electroluminiscentes)Cuando una diferencia de

potencial es aplicada electrones o huecos son

inyectados en el material luminiscente Cuando estos

son recombinados la luz es emitida Peliacuteculas delgadas

adicionales son agregadas para diferentes propoacutesitos

tales como el transporte electroacutenico o de huecos Hay

dos clases diferentes de OLED aquellos que la

estructura orgaacutenica son moleacuteculas pequentildeas y otras en

las que la estructura orgaacutenica son poliacutemeros- Como se

muestra en la figura 1 la estructura es anaacuteloga a un

saacutendwich

a Sustrato siendo un plaacutestico papel

aluminio o incluso vidrio

b Aacutenodo el componente habitual es el

oacutexido de Indio y Plomo (ITO) Este

material es transparente a la luz

visible Otro componente que

sustituye a ITO es PEDOTPSS

c Caacutetodo este variacutea dependiendo del

tipo de OLED que se requiera pero

generalmente puede ser Ba Ca y

aluminio

d Capa conductora electrones se

compone de

e Capa transmisora de electrones

(ETL) generalmente de PBD o 2-(4-

bifenil)-5-(4-t-butilfenil)-134-

oxadiazol Alq3 o tris(8-

hidroxiquinilin) aluminio entre

otros

f Capa transmisora de huecos (HTL)

Son usados TPD o NPB

g Capa emisiva (EML) La capa emisiva

es fabricada de moleacuteculas de

plaacutestico orgaacutenicas esto emisores

son materiales los materiales

fluorescentes o fosforescentes

siendo los maacutes usados polifluoreno

La teoriacutea que explica el comportamiento es como

se muestra en la figura 2 como en este caso se

trata con un O-LED de tres capas la capa de

conductora es remplazada por otras dos capas HTL

y ETL cuando el aacutenodo tiene un potencial eleacutectrico

maacutes positivo respecto al del caacutetodo la inyeccioacuten

de huecos ocurre del aacutenodo en el HOMO de HTL

mientras que los electrones son inyectados del

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Por Torres Flores Andrea Paola Vargas Dorantes Oscar de Jesuacutes

2

caacutetodo en el LUMO de ETL Bajo la influencia de un

campo eleacutectrico aplicado los huecos y electrones

inyectados migran hacia el electrodo

opuestamente cargado mediante ldquosaltosrdquo de la

carga de una moleacutecula en moleacutecula Cuando en

EML un electroacuten y un hueco estaacuten muy cerca

(espacialmente) se recombinan y forman un

excitoacuten siendo unos cuantos de estos los que se

relajan por un mecanismo fotoemisivo (emiten

luz) dando como resultado una pantalla brillante

Las aplicaciones de OPLED son crear pantallas

digitales en dispositivos electroacutenicos ya

dependiendo como las de televisioacuten

computadoras teleacutefonos celulares reproductores

digitales radios para el auto caacutemaras digitales

consolas de videojuegos y PDA Dichas

aplicaciones va encaminadas a la eficiencia que

tienen las pantallas de estos materiales con

respecto a otros materiales como LCD y LED

Por una parte las capas orgaacutenicas de poliacutemeros o

moleacuteculas de los OLED son maacutes delgadas

luminosas y mucho maacutes flexibles que las capas

cristalinas de un led o LCD Por otra parte en

algunas tecnologiacuteas el sustrato de impresioacuten de los

OLED puede ser el plaacutestico que ofrece flexibilidad

frente a la rigidez del cristal que da soporte a los

LCD o pantallas de plasma

Los OLED no necesitan la tecnologiacutea backlight es

decir un elemento OLED apagado realmente no

produce luz y no consume energiacutea (el mismo

principio usado por las pantallas de plasma solo

que la tecnologiacutea de plasma no es tan eficiente en

el consumo de energiacutea)

Actualmente la mayoriacutea de las tecnologiacuteas OLED

estaacuten en proceso de investigacioacuten y los procesos

de fabricacioacuten (sobre todo inicialmente) son

econoacutemicamente elevados en tanto no se alcance

un disentildeo que pueda ser utilizado en economiacuteas

de escala

Referencias

1 httpwwwlxitpt~alcacerTM_Group

OLEDspdf Consultado el 10 de mayo de

2015

2 Karzazi Y Organic Light Emititin Diodes

Devices and applications K Mater

Eviron Sci 5 (1) (2014) I-12 Consultado

el 10 de mayo de 2015

Figura 2 Mecanismo de fotoluminiscencia de

un O-LED

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Alumnos Miguel Flores Uribe amp Hugo Yuset Samayoa Oviedo Grupo 3 Fecha de entrega 11mayo2015 Materia Quiacutemica del Estado Soacutelido Prof Joseacute Francisco Goacutemez Garciacutea

Piezoeleacutectricos

Teoriacutea que lo justifica Los materiales piezoeleacutectricos son cristales que carecen de centro de simetriacutea (de las 32 clases cristalinas 21 no tienen centro de simetriacutea) Eacutesta ausencia de simetriacutea da pie a la aparicioacuten de un dipolo instantaacuteneo cuando se le aplica una fuerza mecaacutenica al material Esto ocurre por el reacomodo de los dipolos presentes en el material que normalmente se cancelariacutean pero al ejercer presioacuten se da la formacioacuten de nuevos dipolos debido a la deformacioacuten de enlaces El proceso anterior es reversible La aparicioacuten de este fenoacutemeno depende de la estructura cristalina del material y la direccioacuten de la fuerza aplicada

Caracteriacutesticas Principales Los materiales piezoeleacutectricos presentan propiedades que lo distinguen de otros dieleacutectricos categoriacutea a la que pertenecen Al desarrollar dipolos por la presioacuten ejercida (lo cual deforma al material) se generan cargas eleacutectricas en las caras cristalinas opuestas auacuten fuera de un campo eleacutectrico que se traduce en una diferencia de potencial eleacutectrico Un material piezoeleacutectrico tambieacuten puede efectuar el efecto contrario expandieacutendose con un voltaje aplicado

Compuesto representativo El material piezoeleacutectrico se puede usar de transductor para pasar energiacutea mecaacutenica a eleacutectrica El cuarzo era usado en microacutefonos bocinas (efecto contrario a los microacutefonos) y otros aparatos con este propoacutesito aunque ha sido desplazado en algunos contextos por el titanato de bario (BaTIO3) El cuarzo tiene una estructura tetraeacutedrica con dipolos permanentes pequentildeos a temperatura ambiente El cuarzo desarrolla una polarizacioacuten cuando se somete a una fuerza de compresioacuten a lo largo de [100] y se distorsiona el tetraedro pero no cuando se aplica en [001] lo cual ejemplifica que la piezoelectricidad depende de la direccioacuten de la fuerza aplicada

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Aplicaciones

Aplicaciones

Generador de carga

Presionando las caras de un cilindro piezoeleacutectrico se puede

generar una diferencia de potencial sufiente para generar

una chispa para encender gases de combustible

Zumbador piezoeleacutectrico

Una ceraacutemica piezoeleacutectrica estaacute pegada a una laacutemina

elaacutestica cuando se le aplica un voltaje alterno el piezoeleacutectrico

se expande y se contrae

Generador o transductorde ultrasonidos

Ultrasonido ondas mecaacutenicas de maacutes de 20 kHz (auditivamene

indetectable) lo usan los soacutenares submarinos o para

estudios meacutedicos

Caracterizacioacuten biomecaacutenica

Se usan ceraacutemicas piezoeleacutectricas que al ser

comprimidas por la planta del pie se puede obtener una

corriente eleacutectrica proporcional al esfuerzo

Reloj de cuarzo

Una pila suministra electricidad suficiente para

que vibre el cuarzo y de esa forma se tiene maacutes precisioacuten

en el tiempo

Inyectores de combustible de motores de combustioacuten interna

Transductores de sonido

Una diferencia de potencial puede ocasionar que el piezoeleacutectrico se

expanda y contraiga generando ondas mecaacutenicas (sonido) tambieacuten funciona el proceso

inverso (audiacutefonos y microacutefonos)

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Bibliografiacutea

Efecto piezoeleacutectrico CSIC Instituto de Ceraacutemica y Vidrio Disponible en web httpwwwmadrimasdorgcienciaysociedadferiapublicacionesFeria63Inst_Ceramica_Vidriopdf Revisado por uacuteltima vez el 9mayo2015

Askeland D (1998) Ciencia e ingenieriacutea de los materiales 3deg edicioacuten Thomson Editores Meacutexico paacutegs 615-617

Moreno JC Fernaacutendez JF Ochoa P Ceres R Calderoacuten L Rocon E Pons JL (2004) Aplicacioacuten de sensores piezoeleacutectricos ceraacutemicos a la caracterizacioacuten biomecaacutenica Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio 43 [3] 668-673

West A (1999) Basic Solid State Chemistry 2deg edicioacuten John Wiley amp Sons Inglaterra paacutegs 362-372

Segovia Poncelis Itzamara Midori Mora Navarrete Joseacute Armando

SENSORES CERAacuteMICOS DE GASES Los materiales ceraacutemicos son usados comuacutenmente como sensores Los sensores son dispositivos capaces de detectar propiedades fiacutesicas o sustancias como temperaturas humedad presiones o gases cuantificarlos y transformarlo en una sentildeal eleacutectrica Convierte la variable de medicioacuten por ejemplo la concentracioacuten de gas en una sentildeal eleacutectrica lo que se consigue mediante procesos quiacutemicos y fiacutesicos dependiendo del tipo de sensor Los semiconductores son el grupo de materiales cuyo uso en sensores ha experimentado un mayor crecimiento uacuteltimamente Tiene enlaces covalentes y su conductividad eleacutectrica se modifica con la temperatura la deformacioacuten mecaacutenica la luz los campos eleacutectricos y magneacuteticos las radiaciones corpusculares y magneacuteticas y la absorcioacuten de sustancias diversas Estos efectos se pueden controlar y modificar a traveacutes de dopajes en el material Los dopajes en los que se antildeade un cierto tipo de aacutetomos para poder aumentar el nuacutemero de portadores de carga libres de carga negativa (aniones o electrones) generan semiconductores tipo N Los dopajes donde se antildeaden componentes que aumenten la cantidad de portadores de carga libres y positivos generan semiconductores tipo P donde los aacutetomos del semiconductor que han perdido un electroacuten se les llama huecos Los oacutexidos de SnZn y Fe son usados como sensores de combustibles o gases toacutexicos La propiedad que permite que este tipo de ceraacutemicos sean utilizados como sensores es la semiconductividad cuando varios gases pasa a traveacutes de una ceraacutemica policristalina su resistencia eleacutectrica cambia ajustando una mezcla de gases Los sensores de gas basados en oacutexidos semiconductores presentan un cambio en la resistencia cuando son expuestos a ciertos gases El oacutexido de estantildeo SnO2 es el compuesto maacutes utilizado en la fabricacioacuten de sensores de gas y con el fin de mejorar su eficiencia normalmente se le adicionan oacutexidos de paladio bismuto antimonio entre otros Para explicar el cambio en la conductividad (o resistencia) del material se recurre a la teoriacutea de bandas pues es el modelo que permite explicar el grado de conductividad Cuando un gas en especiacutefico interacciona con la superficie del semiconductor se llevan a cabo reacciones que generalmente son de

oacutexidoshyreduccioacuten la maacutes comuacuten es aquella donde se forma una peliacutecula de oacutexido cuya formacioacuten genera un cambio en la concentracioacuten de portadores de carga en el material que a su vez implica una alteracioacuten en el grado de conductividad De este modo la cantidad de portadores de carga presentes en un semiconductor se relaciona directamente con la magnitud del ldquogaprdquo de energiacutea entre la banda de conduccioacuten y la banda de valencia

En los semiconductores tipo N los portadores de carga mayoritarios son electrones y sobre la interaccioacuten con un gas reductor se produce un aumento de la conductividad A la inversa un gas oxidante agota la concentracioacuten de portadores de carga provocando una disminucioacuten en la conductividad En los semiconductores tipo P se presentan los efectos opuestos a los que se dan en los semiconductores tipo N La informacioacuten se resume en la siguiente tabla

Clasificacioacuten Gas oxidante Gas reductor

Tipo N Incremento de resistencia Disminuye resistencia

Tipo P Disminuye resistencia Incremento de resistencia

El funcionamiento de los sensores ceraacutemicos es dependiente de los factores termodinaacutemicos que afectan la difusioacuten de los gases y la interaccioacuten con la superficie del material por lo que el fenoacutemeno es dependiente de la temperatura concentracioacuten del gas presioacuten y humedad del medio Los sensores se componen de bull Receptor material quiacutemicamente activo Mide el compuesto a ser detectado (mensurando) bull Transductor la sentildeal medida debe ser enviada a la unidad de control a traveacutes de un transductor que hace que la trasmisioacuten de datos bull Sistema de adquisicioacuten transforma la sentildeal para el sistema de procesamiento de datos bull El sistema de procesamiento de datos hace poco coacutedigo transformacioacuten

Las principales aplicaciones de los sensores ceraacutemicos de gases son el monitoreo de aire y el control de la combustioacuten Los sensores son usados en el control de la emisioacuten de gases de los vehiacuteculos y como sistemas de seguridad en las industrias La fiabilidad con la que pueden detectarse sustancias peligrosas en el aire depende en gran medida de los sensores utilizados ya que el sensor es el componente maacutes importante de un detector de gases La tecnologiacutea de deteccioacuten de gases requiere un alto nivel de precisioacuten No solo la integridad de sistemas y maacutequinas sino tambieacuten vidas humanas dependen de la fiabilidad de los sistemas de deteccioacuten de gases Bibliogarfiacutea

George F Fine Leon M Cavanagh Ayo Afonja and Russell Binions (2052010) Metal Oxide SemishyConductor Gas Sensors in Environmental Monitoring Sensors 10 5469shy5502 1052015

(2012) Sensores de gases basados en oacutexidos de estantildeo una aproximacioacuten electroquiacutemica 10514 de A Sitio web httpwwwtdxcatbitstreamhandle 10803 2743Tol1226pdfsequence=6

ALEJANDRA MONTENEGRO MIGUEL PONCE (Apr 2007) USE OF CHEMICAL METHODS TO OBTAIN SnshySb GAS SENSOR Dyna revfacnacminas 74 151 90514

(2012) Chemical sensors based on ceramic materials for pollutant gases detection 1052014 de uniroma Sitio web httpwwwuniroma2itdidattica MA2depositoChemical_Sensorspdf

MontenegroAlejandra Ponce Miguel Castro Miriam Rodriguez JorgeUso de meacutetodos quiacutemicos para la obtencioacuten de sensores de gas del sistema Sn Sb Dyna revfacnacminas vol74 no151 Medelliacuten JanApr 2007 9052015 httpwwwscieloorgcoscielophpscript=sci_arttextamppid=S0012shy73532007000100010

GRUPO DRAumlGERE En el corazoacuten de los sistemas de deteccioacuten de gases estacionarios9052015httpwwwdraegercomsitesassetsPublishingImagesProductsgenericsafetyshydocumentsES9069990_Sensoren_BR_ES_250314_finpdf

• SOFCpdf
• Superconductividadpdf
• Transistorespdf
• Aleacionespdf
• CEMENTOpdf
• Cristales Liacutequidospdf
• EfectoMeissnerpdf
• ferromagnetorpdf
• Fotocatalisispdf
• laacuteserpdf
• LEDSpdf
• Magnetoresistenciapdf
• OLEDpdf
• Piezoeleacutectricospdf
• Sensores ceraacutemicos de gasespdf

oacutexidoshyreduccioacuten la maacutes comuacuten es aquella donde se forma una peliacutecula de oacutexido cuya formacioacuten genera un cambio en la concentracioacuten de portadores de carga en el material que a su vez implica una alteracioacuten en el grado de conductividad De este modo la cantidad de portadores de carga presentes en un semiconductor se relaciona directamente con la magnitud del ldquogaprdquo de energiacutea entre la banda de conduccioacuten y la banda de valencia

En los semiconductores tipo N los portadores de carga mayoritarios son electrones y sobre la interaccioacuten con un gas reductor se produce un aumento de la conductividad A la inversa un gas oxidante agota la concentracioacuten de portadores de carga provocando una disminucioacuten en la conductividad En los semiconductores tipo P se presentan los efectos opuestos a los que se dan en los semiconductores tipo N La informacioacuten se resume en la siguiente tabla

Clasificacioacuten Gas oxidante Gas reductor

Tipo N Incremento de resistencia Disminuye resistencia

Tipo P Disminuye resistencia Incremento de resistencia

El funcionamiento de los sensores ceraacutemicos es dependiente de los factores termodinaacutemicos que afectan la difusioacuten de los gases y la interaccioacuten con la superficie del material por lo que el fenoacutemeno es dependiente de la temperatura concentracioacuten del gas presioacuten y humedad del medio Los sensores se componen de bull Receptor material quiacutemicamente activo Mide el compuesto a ser detectado (mensurando) bull Transductor la sentildeal medida debe ser enviada a la unidad de control a traveacutes de un transductor que hace que la trasmisioacuten de datos bull Sistema de adquisicioacuten transforma la sentildeal para el sistema de procesamiento de datos bull El sistema de procesamiento de datos hace poco coacutedigo transformacioacuten

Las principales aplicaciones de los sensores ceraacutemicos de gases son el monitoreo de aire y el control de la combustioacuten Los sensores son usados en el control de la emisioacuten de gases de los vehiacuteculos y como sistemas de seguridad en las industrias La fiabilidad con la que pueden detectarse sustancias peligrosas en el aire depende en gran medida de los sensores utilizados ya que el sensor es el componente maacutes importante de un detector de gases La tecnologiacutea de deteccioacuten de gases requiere un alto nivel de precisioacuten No solo la integridad de sistemas y maacutequinas sino tambieacuten vidas humanas dependen de la fiabilidad de los sistemas de deteccioacuten de gases Bibliogarfiacutea

George F Fine Leon M Cavanagh Ayo Afonja and Russell Binions (2052010) Metal Oxide SemishyConductor Gas Sensors in Environmental Monitoring Sensors 10 5469shy5502 1052015

(2012) Sensores de gases basados en oacutexidos de estantildeo una aproximacioacuten electroquiacutemica 10514 de A Sitio web httpwwwtdxcatbitstreamhandle 10803 2743Tol1226pdfsequence=6

ALEJANDRA MONTENEGRO MIGUEL PONCE (Apr 2007) USE OF CHEMICAL METHODS TO OBTAIN SnshySb GAS SENSOR Dyna revfacnacminas 74 151 90514

(2012) Chemical sensors based on ceramic materials for pollutant gases detection 1052014 de uniroma Sitio web httpwwwuniroma2itdidattica MA2depositoChemical_Sensorspdf

MontenegroAlejandra Ponce Miguel Castro Miriam Rodriguez JorgeUso de meacutetodos quiacutemicos para la obtencioacuten de sensores de gas del sistema Sn Sb Dyna revfacnacminas vol74 no151 Medelliacuten JanApr 2007 9052015 httpwwwscieloorgcoscielophpscript=sci_arttextamppid=S0012shy73532007000100010

GRUPO DRAumlGERE En el corazoacuten de los sistemas de deteccioacuten de gases estacionarios9052015httpwwwdraegercomsitesassetsPublishingImagesProductsgenericsafetyshydocumentsES9069990_Sensoren_BR_ES_250314_finpdf

• SOFCpdf
• Superconductividadpdf
• Transistorespdf
• Aleacionespdf
• CEMENTOpdf
• Cristales Liacutequidospdf
• EfectoMeissnerpdf
• ferromagnetorpdf
• Fotocatalisispdf
• laacuteserpdf
• LEDSpdf
• Magnetoresistenciapdf
• OLEDpdf
• Piezoeleacutectricospdf
• Sensores ceraacutemicos de gasespdf

Las principales aplicaciones de los sensores ceraacutemicos de gases son el monitoreo de aire y el control de la combustioacuten Los sensores son usados en el control de la emisioacuten de gases de los vehiacuteculos y como sistemas de seguridad en las industrias La fiabilidad con la que pueden detectarse sustancias peligrosas en el aire depende en gran medida de los sensores utilizados ya que el sensor es el componente maacutes importante de un detector de gases La tecnologiacutea de deteccioacuten de gases requiere un alto nivel de precisioacuten No solo la integridad de sistemas y maacutequinas sino tambieacuten vidas humanas dependen de la fiabilidad de los sistemas de deteccioacuten de gases Bibliogarfiacutea

George F Fine Leon M Cavanagh Ayo Afonja and Russell Binions (2052010) Metal Oxide SemishyConductor Gas Sensors in Environmental Monitoring Sensors 10 5469shy5502 1052015

(2012) Sensores de gases basados en oacutexidos de estantildeo una aproximacioacuten electroquiacutemica 10514 de A Sitio web httpwwwtdxcatbitstreamhandle 10803 2743Tol1226pdfsequence=6

ALEJANDRA MONTENEGRO MIGUEL PONCE (Apr 2007) USE OF CHEMICAL METHODS TO OBTAIN SnshySb GAS SENSOR Dyna revfacnacminas 74 151 90514

(2012) Chemical sensors based on ceramic materials for pollutant gases detection 1052014 de uniroma Sitio web httpwwwuniroma2itdidattica MA2depositoChemical_Sensorspdf

MontenegroAlejandra Ponce Miguel Castro Miriam Rodriguez JorgeUso de meacutetodos quiacutemicos para la obtencioacuten de sensores de gas del sistema Sn Sb Dyna revfacnacminas vol74 no151 Medelliacuten JanApr 2007 9052015 httpwwwscieloorgcoscielophpscript=sci_arttextamppid=S0012shy73532007000100010

GRUPO DRAumlGERE En el corazoacuten de los sistemas de deteccioacuten de gases estacionarios9052015httpwwwdraegercomsitesassetsPublishingImagesProductsgenericsafetyshydocumentsES9069990_Sensoren_BR_ES_250314_finpdf

• SOFCpdf
• Superconductividadpdf
• Transistorespdf
• Aleacionespdf
• CEMENTOpdf
• Cristales Liacutequidospdf
• EfectoMeissnerpdf
• ferromagnetorpdf
• Fotocatalisispdf
• laacuteserpdf
• LEDSpdf
• Magnetoresistenciapdf
• OLEDpdf
• Piezoeleacutectricospdf
• Sensores ceraacutemicos de gasespdf