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La caracterización en la ciencia de los materiales es el proceso amplio y general mediante el cual se investigan y miden la estructura y las propiedades de un material. Es un proceso fundamental en el campo de la ciencia de los materiales, sin el cual no se podría determinar la comprensión científica de los materiales de ingeniería. [ 1 ] [ 2 ] El alcance del término a menudo difiere; algunas definiciones limitan el uso del término a técnicas que estudian la estructura y las propiedades microscópicas de los materiales, [ 2 ] mientras que otras usan el término para referirse a cualquier proceso de análisis de materiales, incluidas técnicas macroscópicas como ensayos mecánicos, análisis térmico y cálculo de densidad. [ 3 ] La escala de las estructuras observadas en la caracterización de materiales abarca desde angstroms , como en la obtención de imágenes de átomos individuales y enlaces químicos, hasta centímetros, como en la obtención de imágenes de estructuras de grano grueso en metales.
Si bien muchas técnicas de caracterización se han practicado durante siglos, como la microscopía óptica básica, constantemente surgen nuevas técnicas y metodologías. En particular, la llegada del microscopio electrónico y la espectrometría de masas de iones secundarios en el siglo XX revolucionaron el campo, permitiendo la obtención de imágenes y el análisis de estructuras y composiciones a escalas mucho menores que las que eran posibles anteriormente, lo que condujo a un enorme aumento en el nivel de comprensión de por qué diferentes materiales muestran diferentes propiedades y comportamientos. [ 4 ] Más recientemente, la microscopía de fuerza atómica ha aumentado aún más la resolución máxima posible para el análisis de ciertas muestras en los últimos 30 años. [ 5 ]
Microscopía
La microscopía es una categoría de técnicas de caracterización que exploran y mapean la estructura superficial y subsuperficial de un material. Estas técnicas pueden utilizar fotones , electrones , iones o sondas físicas de tipo voladizo para recopilar datos sobre la estructura de una muestra en diversas escalas de longitud. Algunos ejemplos comunes de técnicas de microscopía incluyen:
Espectroscopia
La espectroscopia es una categoría de técnicas de caracterización que utilizan diversos principios para revelar la composición química, la variación de la composición, la estructura cristalina y las propiedades fotoeléctricas de los materiales. Algunos ejemplos comunes de técnicas de espectroscopia incluyen:
Radiación óptica
radiografía
- difracción de rayos X (DRX)
- Dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS)
- Espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDX, EDS)
- Espectroscopia de rayos X de dispersión de longitud de onda (WDX, WDS)
- Espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS)
- Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS)
- Espectroscopia de electrones Auger (AES)
- Espectroscopia de correlación de fotones de rayos X (XPCS) [ 7 ]
Espectrometría de masas
- Modos de espectrometría de masas:
- Espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)
Espectroscopia nuclear
Otro
- Espectroscopia de correlación de fotones / Dispersión dinámica de luz (DLS)
- Espectroscopia de terahercios (THz)
- Resonancia paramagnética electrónica/de espín (RPE, RPE)
- Dispersión de neutrones a ángulo pequeño (SANS)
- Espectrometría de retrodispersión de Rutherford (RBS)
- Espectroscopia acústica con resolución espacial ( SRAS )
Pruebas macroscópicas
Se utiliza una amplia gama de técnicas para caracterizar diversas propiedades macroscópicas de los materiales, entre las que se incluyen:
- Ensayos mecánicos , incluyendo ensayos de tracción, compresión, torsión, fluencia, fatiga, tenacidad y dureza.
- Análisis térmico diferencial (ATD)
- Análisis térmico dieléctrico (DEA, DETA)
- Análisis termogravimétrico (TGA)
- Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
- Técnica de excitación por impulsos (TEI)
- Técnicas de ultrasonido , incluyendo espectroscopia de ultrasonido resonante y métodos de prueba ultrasónica en el dominio del tiempo [ 8 ]
Véase también
Referencias
- ↑ Kumar, Sam Zhang, Lin Li, Ashok (2009). Técnicas de caracterización de materiales . Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-1420042948.
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - 1 2 Leng, Yang (2009). Caracterización de materiales: Introducción a los métodos microscópicos y espectroscópicos . Wiley. ISBN 978-0-470-82299-9.
- ↑ Zhang, Sam (2008). Técnicas de caracterización de materiales . CRC Press. ISBN 978-1420042948.
- ↑ Mathys, Daniel, Zentrum für Mikroskopie, Universidad de Basilea : Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyse zum Nanolabor , p. 8
- ↑ Patente US4724318 – Microscopio de fuerza atómica y método para obtener imágenes de superficies con resolución atómica – Patentes de Google
- ↑ Brown, Dwayne (30 de octubre de 2012). "Los primeros estudios de suelo del rover de la NASA ayudan a identificar los minerales marcianos" . NASA . Consultado el 31 de octubre de 2012 .
- ↑ "¿Qué es la espectroscopia de correlación de fotones de rayos X (XPCS)?" . sector7.xray.aps.anl.gov . Archivado del original el 22-08-2018 . Consultado el 29-10-2016 .
- ↑ R. Truell, C. Elbaum y CB Chick., Métodos ultrasónicos en física del estado sólido Nueva York, Academic Press Inc., 1969.
- ↑ Ahi, Kiarash; Shahbazmohamadi, Sina; Asadizanjani, Navid (2018). "Control de calidad y autenticación de circuitos integrados empaquetados mediante espectroscopia e imágenes de dominio temporal de terahercios con resolución espacial mejorada" . Optics and Lasers in Engineering . 104 : 274–284 . Bibcode : 2018OptLE.104..274A . doi : 10.1016/j.optlaseng.2017.07.007 .
- Ciencias de los materiales
