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/