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1. Título
2. Descripción del proyecto
2.1. Planteamiento del problema
2.2. Formulación del problema
a. Problema General
b. Problemas Específicos
2.3. Objetivos
a. Objetivo General
b. Objetivos Específicos
2.4. Marco referencial
2.4.1. Antecedentes
“En el presente trabajo se describe el montaje de un reactor tipo barril excitado
inductivamente, que la combinación de la deposición de películas en una descarga
luminiscente de r.f (13.56 MHz), a través de un gas orgánica, con una deposición
de un metal vaporizado a baja presión. Fueron obtenidos por esta técnica, películas
compuestas de polímeros plasmico (PP) y metal (Ag, Ni, Ge) en substratos de vidrio
de forma cuadrada de 1 cm de lado y 1 mm de grosor, a presión de 0.1 torr y una
potencia de 30 W en la descarga de r.f. Estas películas fueron analizadas
cualitativamente por microspia de fuerza atómica (MFA), espectroscopia infra-
rojo, microspia electrónica de barrido, difractometria de rayos x y pruebas de
resistencia vs temperatura, los análisis anteriores permitieron observar el aumento
del proceso de deposición con el tiempo en la películas PP e identificar la fase
correspondiente al PP, reportado en trabajo anteriores, y la fase del elemento
vaporizado.
Para las películas compuestas de PP y plata, fue observada la banda larga del
polímero junto a las reflexiones (111) y (200) de las líneas más intensas de la plata.
Las pruebas de r vs t presentan un comportamiento de conductor para algunas de
estas películas mientras otros aportan de él, permitiendo prever una conducción d
por mecanismo de impurezas, explicado por mott.
El estudio de pequeñas partículas es muy importante en campos como la industria
cerámica, la farmacéutica, entre otros; en los cuales el conocimiento del tamaño de
la partícula es de especial interés debido a su influencia sobre la calidad del
producto.
Entre los métodos más usados para éste fin se encuentran la microscopía y la
difractometría láser; éste último presenta algunas ventajas frente al otro, ya que no
requiere una delicada preparación de la muestra y la obtención de los resultados no
presenta mayores dificultades. En éste trabajo se presenta la implementación de
dicha técnica con el fin de obtener el tamaño de partículas. El montaje consta de un
láser de 632.8nm previamente filtrado y colimado, unas placas que albergan la
muestra, un sistema óptico de acondicionamiento y una cámara CCD que captura el
patrón de difracción originado por la muestra.
El tamaño de las partículas es hallado a partir de las imágenes obtenidas con la
ayuda de una aplicación software, que realiza rutinas de procesamiento de imágenes
y extracción de características.” (Palacios, 2008)
“La difracción de electrones retro-proyectados (EBSD) es una de las técnicas más
utilizadas en el análisis de aspectos relacionados con la cristalografía de materiales
de ingeniería. Su versatilidad y ventaja frente a otras técnicas, como la difracción de
rayos X, ha permitido que investigadores de todo el mundo en los más diversos
campos de la ciencia e ingeniería de materiales, la hayan comenzado a explorar y
sacar el máximo provecho posible. En Colombia esta técnica aún está por ser
implementada, lo que ha motivado la realización de una revisión teórica del tema y
se explica una posible aplicación en el campo del desgaste de piezas de ingeniería.
De esta manera se espera contribuir para que investigadores de nuestro país
adquieran una noción básica de la técnica EBSD y se motiven a usarla.
Al final del texto se presenta, a modo de ejemplo una de las aplicaciones del EBSD,
en la cual se relaciona el daño por cavitación en función de la orientación
cristalográfica en un acero inoxidable dúplex nitrurado a alta temperatura.” (Mesa)
2.4.2. Marco teórico
2.4.2.1. Difracción
“Se produce cuando la onda "choca" contra un obstáculo o penetra por un agujero.
La mayor difracción se produce cuando el tamaño del agujero o del obstáculo es
parecido a la longitud de onda de la onda incidente.” (Farlex)
2.4.2.2. Difracción de rayos x
“La difracción de rayos X es análoga a la de la luz, pero debido a la menor longitud
de onda de los rayos X difractan redes con distancias entre planos del orden de 1Å,
que coincide con la distancia entre dos átomos consecutivos dentro de una red
cristalina.” (Farlex)
“La difracción de rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al
interaccionar un haz de rayos X, de una determinada longitud de onda, con una
sustancia cristalina. La difracción de rayos X se basa en la dispersión coherente del
haz de rayos X por parte de la materia (se mantiene la longitud de onda de la
radiación) y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se
dispersan en determinadas direcciones del espacio.
El fenómeno de la difracción puede describirse con la Ley de Bragg, que predice la
dirección en la que se da interferencia constructiva entre haces de rayos X
dispersados coherentemente por un cristal.” (CSIC)
a) ¿Qué información nos da la DRXP?
“La difracción de rayos en muestra policristalina permite abordar la
identificación de fases cristalinas (puesto que todos los sólidos cristalinos
poseen su difractograma característico) tanto en su aspecto cualitativo como
cuantitativo. Los estudios de polimorfismo, transiciones de fase, y
soluciones sólidas, medida del tamaño de partícula, determinación de
diagramas de fase, etc., se realizan habitualmente por difracción de rayos X.
En algunos casos, es interesante realizar el estudio de la evolución térmica
de los difractogramas (termodifractometría) para conocer la evolución de la
cristalinidad de la muestra, caracterizar los procesos de descomposición
térmica, los cambios de fase que tienen lugar, etc.” (ArqueoLine)
b) Instrumentación disponible:
“Difractómetro de rayos X Siemens D5000 con configuración
estándar y PSD” (ArqueoLine)
“Difractómetro de rayos X Siemens D5000 para análisis de texturas
y tensiones, dotado de un goniómetro con el círculo de Euler abierto
y movimiento independiente en cuatro círculos” (ArqueoLine)
“Cámara de alta temperatura acoplable al goniómetro en difracción
estándar hasta 1500 ºC bajo atmósfera controlada” (ArqueoLine)
“Cámara de alta temperatura acoplable al goniómetro en difracción
estándar hasta -150 ºC.” (ArqueoLine)
c) Aplicaciones:
“Determinación de sales presentes en piedra, cerámica y otros
materiales porosos: Las sales minerales de alteración de los
materiales rocosos dan frecuentemente un aspecto blanquecino
cristalino con dosis elevadas de calcio. La difracción de rayos x
permite diferenciar fácilmente los diferentes productos de alteración:
sulfatos de calcio, cloruros de calcio, nitratos de calcio, etc...”
(ArqueoLine)
“Identificación de los productos de corrosión de metales: Casi todos
los productos de corrosión de los metales arqueológicos son
compuestos minerales. Mediante difracción de rayos x se identifica
el compuesto cristalino, a diferencia de otros tipos de análisis que
sólo determinan el elemento metálico.” (ArqueoLine)
“Análisis de soportes pictóricos: Este tipo de análisis permite
determinar la estabilidad física y el grado de conservación de un
soporte pictórico para prevenir o restaurar la aparición de
desconchados y grietas.” (ArqueoLine)
“Se trata de un aspecto especialmente importante para la
conservación de los pigmentos, en tanto que la alteración del soporte
implica su deterioro irreversible.” (ArqueoLine)
“Determinación de pigmentos y análisis de colorantes de todos los
períodos históricos: Determinación de los procesos y componentes
de preparación de los colorantes aplicados sobre un objeto. En
conjuntos murales o parietales las características de los materiales
inorgánicos permiten secuenciar diferentes momentos o fases de
elaboración. En asociación con los métodos de análisis elementales
(que sólo identifican el elemento químico pero no los compuestos) la
difracción permite una determinación perfecta de los minerales
constituyentes de los pigmentos. Por ejemplo la azurita y la
malaquita sólo dan una señal de cobre en el análisis elemental.
Únicamente la difracción de rayos x permite diferenciarlas. Lo
mismo sucede con los colorantes elaborados a partir de pigmentos de
plomo o hierro. Los blancos de plomo son particularmente bien
identificados por este método, a pesar de que en espectrometría de
masas o análisis elemental diferentes elementos obstaculizan el
reconocimiento con detalle.” (ArqueoLine)
“Caracterización de cerámicas.” (ArqueoLine)
“Análisis de suelos.” (ArqueoLine)
d) Tipo de Muestras:
“Materiales alterados por corrosión” (ArqueoLine)
“Pigmentos pictóricos sobre cualquier soporte” (ArqueoLine)
“Soportes pictóricos” (ArqueoLine)
“Cerámica” (ArqueoLine)
“Sedimento suelto” (ArqueoLine)
e) Requerimientos:
“La muestra necesaria para la aplicación de este tipo de analíticas debe ser
sólida. La cantidad depende de su calidad, siendo suficiente, como norma
general, una superficie del orden de 1 mm2.” (ArqueoLine)
f) Métodos de difracción de Rayos X
“Cuando el haz de rayos X incide sobre un cristal, provocara que los átomos
que conforman a este dispersen a la onda incidente tal que cada uno de ellos
produce un fenómeno de interferencia que para determinadas direcciones
de incidencia será destructivo y para otras constructivo surgiendo así el
fenómeno de difracción. La información que proporciona el patrón de
difracción de Rayos X, se puede ver como dos aspectos diferentes pero
complementarios: por un lado, la geometría de las direcciones de difracción
(condicionadas por el tamaño y forma de la celdilla elemental del cristal) nos
ofrecen información sobre el sistema cristalino. Y por otro lado la intensidad
de los rayos difractados, están íntimamente relacionados con la naturaleza de
los atomos y las posiciones que ocupan en la red, talque su medida
constituye la información tridimensional necesaria para conocer la estructura
interna del cristal. En general, existen tres grandes métodos de difracción de
rayos X utilizados, como lo son:” (Nicasio)
Método de Laue
“Históricamente fue el primer método de difracción. Se utiliza un
Policromatico de Rayos X que incide sobre un cristal fijo y
perpendicularmente a este se sitúa una placa fotográfica plana
encerrada en un sobre a prueba de luz. El haz directo produce un
ennegrecimiento en el centro de la película y por lo tanto, se pone un
pequeño disco de plomo delante de la película para interceptarlo y
absorberlo. En sus primero experimentos usó radiación continua
incidido sobre un cristal estacionario. El cristal generaba un conjunto
de haces que representan la simetría interna del cristal.
El diagrama de Laue es simplemente una proyección estereográfica
de los planos del cristal.” (Nicasio)
Fig. 1 Diagrama de Laue
Métodos de rotación o del cristal giratorio
“Se emplea un monocristal. El cristal se orienta de tal manera que
puede hacerse girar según uno de los ejes cristalográficos principales.
La cámara es un cilindro de diámetro conocido, coaxial con el eje de
giro del cristal, y lleva en su interior una película fotográfica
protegida de la luz por una cubierta de papel negro (ver figura 04).
Cuando se toma una fotografía de rotación, el cristal gira alrededor
de una de las filas reticulares principales, generalmente un eje
cristalográfico. Esta fila reticular es perpendicular al haz incidente, y
por lo tanto los rayos difractados estarán siempre contenidos en
conos cuyos ejes son comunes con el eje de rotación del cristal. Este
eje es el de la película cilíndrica, por lo que la intersección de los
conos sobre la película será una serie de círculos, que al revelar la
película y aplanarse aparecerá como líneas rectas paralelas. Cada una
de ellas es una línea de capa, que corresponde a un cono de rayos
difractados para los cuales n tiene un cierto valor entero. De esta
forma, la línea de capa que incluye el rayo incidente se denomina
capa cero o ecuador, la primera línea es la que cumple n = 1, la
segunda n = 2 y así sucesivamente. Las líneas de capa no son
continuas puesto que las distintas manchas de difracción aparecen
solo cuando los tres conos se cortan.” (Nicasio)
Fig. 2 Esquema del montaje del método de rotación
Fig. 04 Esquema del montaje del método de rotación
“La separación de las líneas de capa viene condicionada por los
ángulos de los conos, que a su vez depende de la periodicidad de la
fila reticular alrededor de la cual se hace girar el cristal. Por lo tanto,
conociendo el diámetro de la película cilíndrica, la longitud de onda
de los rayos X y la distancia de la capa n sobre el ecuador en la
película, podemos determinar el espaciado o periodo de identidad a
los largo del eje de rotación del cristal.
Si en el método del cristal giratorio se toman fotografías de rotación
con el cristal girando alrededor de cada uno de los tres ejes
cristalográficos, podemos determinar las dimensiones de la celda
unidad, de modo que los periodos de identidad determinados al girar
el cristal sucesivamente son las aristas de la celda unidad, lo cual es
cierto sea cual fuere la simetría del cristal.” (Nicasio)
2.4.2.3. Difracción de electrones
“Fenómeno que experimentan los electrones cuya longitud de onda asociada es
aprox. la distancia entre los átomos de los cristales que se utilizan como red de
difracción.” (Farlex)
2.4.2.4. Difracción de Luz
“Fenómeno de interferencia múltiple debido al carácter ondulatorio de la luz por el
cual, si ponemos un objeto entre un foco puntual luminoso y una pantalla, se
observa la aparición de una serie de bandas alternativamente claras y oscuras que
bordean la sombra del obstáculo y que impiden que esta pueda ser delimitada
perfectamente.” (Farlex)
2.4.3. Difractómetro
2.4.3.1. Difractómetro de Neutrones
“La difracción de neutrones es el mejor medio para obtener información estructural
detallada a nivel atómico en muchas clases de materiales. En monocristales
proporciona los datos más precisos; sin embargo, muestras de monocristales
suficientemente grandes no siempre están disponibles y, con frecuencia, los
materiales de interés tecnológico se tienen en forma de polvo o policristales. El
desarrollo de la instrumentación y de las técnicas de análisis ha hecho posible
obtener información estructural comparativamente precisa de difracción de
neutrones sobre muestras de polvo.
La aplicación más generalizada de este difractómetro es la determinación de
estructuras cristalinas de materiales e investigar algunos fenómenos que afectan a la
estructura. Esta información estructural se puede obtener también a temperatura
variable entre -245 a 20ºC la cual es, a menudo, suficiente para entender las
propiedades de materiales de interés científico y tecnológico, incluyendo entre éstos
a los materiales magnéticos, superconductores de alta temperatura, cerámicos,
minerales y conductores iónicos.
La aplicación más generalizada de este difractómetro es la determinación de
estructuras cristalinas de materiales e investigar algunos fenómenos que afectan a la
estructura. Esta información estructural se puede obtener también a temperatura
variable entre -245 a 20ºC la cual es, a menudo, suficiente para entender las
propiedades de materiales de interés científico y tecnológico, incluyendo entre éstos
a los materiales magnéticos, superconductores de alta temperatura, cerámicos,
minerales y conductores iónicos.” (CCHN)
2.4.3.2. Difractómetro CAD4 Bruker-Nonius consiste
Sus principales componentes son:
Goniómetro con geometría Kappa
Generador de rayos-X FR590 (Tubo con ánodo de cobre)
Interfase
Sistemas de cómputo
Programas de control del sistema
Sistemas de enfriamiento (Haskris y Cole-Parmer)
“El sistema está diseñado para colectar datos de difracción de rayos-X de un
monocristal con una alta precisión, flexibilidad y confiabilidad.
El corazón del difractómetro CAD4 es el goniómetro Kappa, que mantiene el cristal
en el centro del difractómetro. El goniómetro Kappa consiste de una combinación
de tres partes, uniendo tres ejes de rotación. Todos los ejes intersectan en el centro
del difractómetro. La cabeza del goniómetro es montada en el eje Phi (Phik), que es
sostenido por el bloque kappa.
El bloque kappa puede ser rotado sobre el eje kappa (Kappa), siendo (Omk), siendo
éste transportado por la base del difractómetro. Este difractómetro automático
computarizado tiene cuatro movimientos angulares independientes, de ahí su
nombre CAD4 y es controlado por un sistema de cómputo con programas CAD4
versión 2.0 para computador personal.” (Mora, Hernández, 2012)
Fig. 3 Difractómetro CAD4 Bruker-Nonius consiste
2.4.3.3. Difractómetro de Polvo
“Normalmente posee una geometría de tipo Bragg-Brentano en el que, el contador
electrónico puede formar un ángulo variable (2ð = 3º-110º) con el haz incidente de
rayos X.
Cuando la muestra gira un ángulo ð el contador gira 2ð, este movimiento ð ð ðð es
el que hace que el difractómetro se denomine “Difractómetro de dos círculos”
(Figura 4). En un difractómetro comercial la muestra se sitúa en el centro de eje del
goniómetro de precisión, cuya velocidad angular está sincronizada en la relación
anterior 2:1 con el detector.” ()
Fig. 4 Difractómetro de Polvo
“El registro gráfico o difractograma consiste de picos distribuidos en función de los
valores angulares, 2ð, y que corresponden a las de las reflexiones que representan.
Las alturas de estos máximos y más concretamente sus áreas constituyen
magnitudes muy representativas de las intensidades de las reflexiones
correspondientes, las cuales pueden ser medidas con gran exactitud y
reproducibilidad.” (Palacios, León, 2008)
2.4.4. Difractometría
“Como resultado salen listados de los contenidos en minerales de la muestra.
Algunas veces se puede hacer un análisis semi-cuantitativa. Se puede detectar con
este método todos los minerales con estructura cristalina especialmente se aplican la
difractometría para los minerales arcillosos.” (Palacios, León, 2008)
2.4.4.1. Difractometría de Rayos x
“La XRD es una técnica de caracterización estructural de sólidos que posibilita
analizar muestras monocristalinas o policristalinas, montadas en dispositivos
goniométricos. Las longitudes de onda de los rayos X que inciden sobre la muestra
son del mismo orden que las distancias interatómicas de los cristales. Al incidir
sobre la muestras, los rayos X se difractan en direcciones y con intensidades
características de cada red cristalina. Como resultado se obtiene un difractograma
que es reflejo de la estructura cristalina del material irradiado. El equipo empleado
fue un difractómetro Siemens D-500 de geometría Bragg-Brentano θ/2θ, que trabaja
a una longitud de onda de 1.54 Å (línea Kα del Cu) y que está provisto de un
cargador automático de muestras, cámaras de temperatura y accesorio de incidencia
rasante. Los difractogramas se obtuvieron para un barrido angular de 4 a 70º (2 θ)
con 40 kV y 30 mA.” (Palacios, León, 2008)
2.4.4.2. Difractometría lasser
“El principio de la difractometría Láser se basa en la difracción de Fraunhofer, para
la cual el tamaño de la partícula es mucho mayor que el de la longitud de onda. Es
decir, la difractometría láser se explica por medio del principio de Huygens; el cual
toma a las partículas como emisoras de segundos frentes de onda y explica el patrón
formado como su interferencia en campo lejano. Considerándose que la partícula
tiene forma esférica.” (Palacios, León, 2008)
Referencias Bibliográficas
Hernan Mesa Dario. Principios y aplicaciones de la técnica de difracción de electrones
retro-proyectados. (EBSD, Electron Back-Scattering Diffraction).
Palacios N., León J. (2008). Grupo de Óptica y Laser. Programa de Ingeniería Física-
Universidad del Cauca.
CSIC (Madrid) Instituto de Química Física “Rocalosano”. Curso sobre difracción de rayos
X. Recuperado de: http://www.ehu.es/imacris/PIE06/web/DRXP.htm
Farlex The Free Dictionary. Recuperado de: http://es.thefreedictionary.com/difracci
%C3%B3
ArqueoLine. Principales técnicas de Análisis. Recuperado de:
http://www.arqueoline.com/esp/tecniques_analisi.php#1
Nicasio Collazo Adriana. Método de difracción de rayos X. Universidad de Guanajuato.
CCHN Comisión Chilena de Energía Nuclear. Difractómetro de Neutrones. Recuperado de:
http://www.cchen.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=161:difractometro-
de-neutrones&catid=130:centro-de-estudios-nucleares-la-reina&Itemid=84
Mora P., Hernández A. (2012). Química de Productos Orgánicos (México). Recuperado de:
http://www.nathan.cinvestav.mx/infraestructura/rayos_x/