archivo Nanométrica

1. Estructura Nanométrica
Niveles estructurales de la materia y propiedades. Propiedades
sensibles e insensibles Nanoestructura materiales cristalinos ysensibles e insensibles. Nanoestructura, materiales cristalinos y
amorfos, conceptos de cristalografía, simetría, red espacial y motivos,
redes de Bravais, características de las diferentes estructuras, factor de
empaquetamiento, sitios intersticiales, direcciones y planos
cristalográficos, cristales metálicos, cristales cerámicos, cristales
poliméricospoliméricos.

2. Estructura de los materialesEstructura de los materiales
Á
(Moléculas)
Amorfos
Granos Cristalinos
Superestructuras
Electrones
Átomo
(Å)
Amorfos
Cristales
( )
Defectos
Etc.
Electrones
Neutrones
Protones
(nm)
(m)
Propiedadesp
electrónicas,
Magnéticas,
Eléctricas
Propiedades
insensibles a la
microestructura
Propiedades
sensibles a la
microestructura
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales2
Eléctricas,
etc.
microestructura microestructura

3. Cristales y simetría externaCristales y simetría externa
Ver modelos y animaciones en S.Weber's Crystal gallery
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Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales3

4. Conceptos de CristalografíaConceptos de Cristalografía
 Estructura periódica o repetitiva.
 Orden de largo alcance (alrededores idénticos)
 Resulta de la organización periódica de puntos en el espacio, a la
cual se le asocia un motivo molecular
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales4
Maurits Cornelis Escher (1898-1972)
Profundidad (1955)

5. Representación geométrica de
la estructura cristalina
 El sistema es tal que puede ser descrito por una celda unidad El sistema es tal que puede ser descrito por una celda unidad
 Celdas unidad que contienen un único punto de la red (mínimo
volumen posible) se llaman celdas primitivas
 En el espacio seis parámetros (a b c   ) En el espacio, seis parámetros (a, b, c, , , )
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6. En el interior de una estructuraEn el interior de una estructura
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales6

7. Las redes de BravaisLas redes de Bravais
 Bravais demostró que solo
hay catorce tipos de redes o
formas únicas posibles enformas únicas posibles en
las que los puntos pueden
distribuirse periódicamente
en el espacio
 La condición de orden de
largo alcance limita lalargo alcance limita la
cantidad de geometrías
posibles.A Bravais (1811 1863)
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales7
posibles.A. Bravais (1811-1863)

8. Catorce redes tridimensionalesCatorce redes tridimensionales
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales8

9. Empaquetamiento y CoordinaciónEmpaquetamiento y Coordinación
Nc = Cantidad de vecinos más próximos
lddlú
átomosdevolúmen
F 
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales9
celdadevolúmen

10. ApilamientoApilamiento
 Características de apilamiento  Estructuras compactas
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales10

11. Sitios intersticialesSitios intersticiales
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales11

12. Direcciones o filas reticularesDirecciones o filas reticulares
 Es posible definir filas reticulares como Es posible definir filas reticulares, como
sucesiones de nodos alineados, los cuales
cumplen la condición:
 Definida por un vector que parte del origen
y pasa por al menos un átomo. [u v w]
 Se definen familias de direcciones como
grupos de direcciones con las mismas
propiedades. P. ej. : en sistema cúbico:

Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales12
<1 0 0>  [100], [010], [001], [100], [010], [001].

13. Planos cristalográficosPlanos cristalográficos
 También es posible
distinguir planos
formados por conjuntosp j
de nodos coplanarios.
 Notación de Miller los
í di (h k l) d fiíndices (h k l) definen un
plano que corta a los
ejes x, y, z en las
El plano de esta familia más cercano al origen:
j y
distancia a/h, b/k y c/l,
respectivamente, del
origen
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales13
origen.

14. Cristalinidad y MaterialesCristalinidad y Materiales
 Metales: tipicamente en este caso el motivo Metales: tipicamente en este caso el motivo
es el átomo, que cedió sus electrones de
valencia al enlace metálicovalencia al enlace metálico
 Cerámicos: Las estructuras son más
complejas por que el motivo es molecular ycomplejas por que el motivo es molecular, y
pueden ser estructuras iónicas o covalentes.
 Polímeros: Muchos termoplásticos pueden Polímeros: Muchos termoplásticos pueden
cristalizar parciamente, celdas complejas. El
motivo es parte de la macromolecula.motivo es parte de la macromolecula.
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15. MetalesMetales
c
 Relación entre R y a?
 Número de
c
a1
a2
a3
coordinación?
 Factor de
empaquetamiento?
a1
empaquetamiento?
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16. Cristales Cerámicos IónicosCristales Cerámicos Iónicos
 Relación de radios
iónicos
 Neutralidad de carga Neutralidad de carga
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17. Estructuras Cerámicas AXEstructuras Cerámicas AX
ClNa ClCs Blenda de Zn
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18. Estructuras EstequiométricasEstructuras Estequiométricas
AmXp AmBnXpm p m n p
CaF BaTiOSiO
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CaF2 BaTiO3SiO2

19. Superconductores de alta TcSuperconductores de alta Tc
(La,Ba)2CuO4 YBa2Cu4O8 Pb2Sr2YCu3O8
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales19
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20. Estructuras de los polímerosEstructuras de los polímeros
 Polímero: Muchas unidades
Red
 Polímero: Muchas unidades
(meros).
 Sustancia constituida por
Ramificado
moléculas compuestas de
muchos grupos atómicos
(unidades monoméricas) unidos Ramificado
Entrecruzado
(unidades monoméricas), unidos
mediante enlaces primarios
(covalentes).
Lineal
 Macromolécula: define la
molécula que compone a los
polímeros
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales20
p

21. Estructuras cristalinas de
polímeros
L lé l d t t d
PTFE
13/1
iPP, iPS
3/1
 Las moléculas adoptan estados
conformacionales particulares que
les facilitan la cristalización.
L f ió d lí
/
 La fracción de polímero que
alcanza a organizarse en
estructura cristalina varía según el
tipo de polímero y tratamientostipo de polímero y tratamientos.
 Modelo Bifásico
 Vigencia de las celdas unidad de
los siete sistemas cristalinoslos siete sistemas cristalinos
conocidos.
 Alotropía
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales
 Anisotropía.

22. PolietilenoPolietileno
PE ortorrómbicoPE, ortorrómbico
Polímeros22 Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales

23. PET triclínicoPET, triclínico
23 Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales

24. Complejidad de cristales poliméricosComplejidad de cristales poliméricos
α-iPP Cc  C2/c i-Poly(vinylcyclobutane)
(Natta &Corradini1960)
P21/c (Mencick, 1972)
i Poly(vinylcyclobutane)
Ortorrombico (P212121)
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales24
Goma Natural P21a.
Eje a Poryecc.

25. SimetríaSimetría
 Simetría:
á Matemáticamente:
 las operaciones de simetría describen el proceso que
hay que seguir para hacer coincidir objetos idénticos
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales25
hay que seguir para hacer coincidir objetos idénticos

26. Una idea básicaUna idea básica
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales26

27. Elementos de simetríaElementos de simetría
 Simetría respecto de un punto (centro de inversión) Simetría respecto de un punto (centro de inversión)
 Simetría respecto de un eje
 Simetría respecto de un plano Simetría respecto de un plano
180º
120º
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales27

28. Limitaciones en el planoLimitaciones en el plano
Introducción a la ciencia en ingeniería de materiales
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