Microesfera de vidrio

Las microesferas de vidrio son esferas microscópicas de vidrio fabricadas para una amplia variedad de usos en investigación , medicina , bienes de consumo y diversas industrias. Suelen tener un diámetro de entre 1 y 1000 micrómetros, aunque sus tamaños pueden variar desde 100 nanómetros hasta 5 milímetros. Las microesferas de vidrio huecas, a veces denominadas microesferas o burbujas de vidrio , tienen diámetros que oscilan entre 10 y 300 micrómetros .

Las microesferas huecas se utilizan como relleno ligero en materiales compuestos como la espuma sintáctica y el hormigón ligero . ^{[ 1 ]} Las microesferas confieren a la espuma sintáctica su ligereza, baja conductividad térmica y una resistencia a la compresión muy superior a la de otras espumas. ^{[ 2 ]} Estas propiedades se aprovechan en los cascos de sumergibles y equipos de perforación petrolífera en aguas profundas, donde otros tipos de espuma implosionarían . Las microesferas huecas de otros materiales crean espumas sintácticas con propiedades diferentes: por ejemplo, las esferas cerámicas pueden fabricar una espuma sintáctica de aluminio ligera . ^{[ 3 ]}

Las esferas huecas también tienen usos que van desde el almacenamiento y la liberación lenta de productos farmacéuticos y trazadores radiactivos hasta la investigación en el almacenamiento y liberación controlados de hidrógeno . ^{[ 4 ]} Las microesferas también se utilizan en compuestos para rellenar resinas poliméricas con características específicas como peso, lijabilidad y superficies de sellado. Al fabricar tablas de surf, por ejemplo, los fabricantes sellan los núcleos de espuma EPS con epoxi y microesferas para crear una superficie impermeable y fácilmente lijable sobre la cual se aplican laminados de fibra de vidrio.

Las microesferas de vidrio se pueden fabricar calentando pequeñas gotas de silicato de sodio disuelto en un proceso conocido como pirólisis por pulverización ultrasónica (USP), y sus propiedades se pueden mejorar un poco mediante un tratamiento químico para eliminar parte del sodio . ^{[ 5 ]} La reducción del sodio también ha permitido que las microesferas de vidrio huecas se utilicen en sistemas de resina químicamente sensibles, como epoxis de larga vida útil o compuestos de poliuretano no soplados.

Es común añadir funcionalidades adicionales, como recubrimientos de silano, a la superficie de las microesferas de vidrio huecas para aumentar la resistencia interfacial entre la matriz y las microesferas (el punto de fallo habitual cuando se somete a tensión).

Se pueden producir microesferas hechas de vidrio óptico de alta calidad para la investigación en el campo de los resonadores o cavidades ópticas . ^{[ 6 ]}

Las microesferas de vidrio también se producen como subproducto en las centrales termoeléctricas de carbón . En este caso, el producto se denomina generalmente " cenosfera " y tiene una composición química de aluminosilicato (a diferencia de la composición química de sílice sódica de las esferas artificiales). Pequeñas cantidades de sílice presentes en el carbón se funden y, al ascender por la chimenea, se expanden y forman pequeñas esferas huecas. Estas esferas se recogen junto con la ceniza, que se bombea en una mezcla de agua al depósito de cenizas. Algunas partículas no se huecan y se hunden en el depósito, mientras que las huecas flotan en la superficie. Se convierten en un problema, especialmente cuando se secan, ya que se dispersan en el aire y se esparcen por las zonas circundantes.

Se han utilizado microesferas para producir regiones focales, conocidas como nanochorros fotónicos ^{[ 7 ]} , cuyos tamaños son lo suficientemente grandes como para soportar resonancias internas, pero a la vez lo suficientemente pequeños como para que no se pueda aplicar la óptica geométrica para estudiar sus propiedades. Investigaciones previas han demostrado experimentalmente y mediante simulaciones el uso de microesferas para aumentar la intensidad de la señal obtenida en diferentes experimentos. Se confirmó la existencia del chorro fotónico en la escala de microondas, observando el aumento de la retrodispersión que se produjo al introducir partículas metálicas en la zona focal. Se obtuvo un aumento medible de la luz retrodispersada en el rango visible al colocar una nanopartícula de oro dentro de la región del nanochorro fotónico producido por una microesfera dieléctrica de 4,4 μm de diámetro. También se ha analizado el uso de nanochorros producidos por microesferas transparentes para excitar materiales ópticamente activos, mediante procesos de conversión ascendente con diferentes números de fotones de excitación ^{[ 8 ]} .

Las microesferas de vidrio monodispersas poseen una alta esfericidad y una distribución de tamaño de partícula muy precisa, a menudo con un coeficiente de variación (CV) inferior al 10 % y una especificación de más del 95 % de partículas dentro del rango de tamaño. Estas partículas se utilizan frecuentemente como espaciadores en adhesivos y recubrimientos, como espaciadores de línea de unión en epoxis. Una pequeña cantidad de microesferas monodispersas de grado espaciador permite crear un espacio controlado, así como definir y mantener el espesor de línea de unión especificado. Las partículas de grado espaciador también pueden utilizarse como estándares de calibración y partículas trazadoras para la cualificación de dispositivos médicos. Las microesferas de vidrio esféricas de alta calidad se emplean a menudo en pantallas de plasma de gas, espejos retrovisores para automóviles, pantallas electrónicas, tecnología flip-chip, filtros, microscopía y equipos electrónicos.

Otras aplicaciones incluyen espumas sintácticas ^{[ 9 ]} y compuestos particulados y pinturas reflectantes.

La dosificación de microesferas puede resultar compleja. Al utilizar microesferas como relleno en máquinas de mezcla y dosificación estándar, puede producirse una tasa de rotura de hasta el 80%, dependiendo de factores como el tipo de bomba, la viscosidad y la agitación del material, así como la temperatura. Los dosificadores personalizados para materiales con microesferas pueden reducir esta tasa de rotura al mínimo. La bomba de cavidad progresiva es la más adecuada para la dosificación de materiales con microesferas, ya que puede reducir la rotura hasta en un 80%.

• Almacenamiento de hidrógeno