Dimensión y Atributos Técnicos de los Materiales

Dimensión y Atributos Técnicos de los Materiales

1. Propiedades eléctricas

   • Conductividad eléctrica y temperatura
     • Propiedad fisica que clasifica los materiales
       • Aislante
       • Dieléctricos
       • Semiconductores
       • Semimetales
       • Conductores
       • Materiales métalicos
       • Superconductores
     • Se define a partir del flujo de carga y el campo eléctrico como de manera que la resistividad es su inversa.
   • Efectos termoeléctricos y galvanomagnéticos
     • Provienen del hecho experimental.
     • Los estimulos eléctricos provocan respuestas térmicas
     • Los estímulos térmicos provocan respuestas eléctricas
     • Efecto Seebeck
       • Conversión de una diferencia de calor en electricidad.
       • Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes.
       • A partir de este efecto se contruye un termopar
         • Relaciona una diferencia de temperatura con una diferencia de potencial eléctrica
         • Puede usarse como un termómetro diferencial de precisión
     • Efecto Peltier
       • Una corriente eléctrica a través de la unión entre dos materiales distintos mantenidos a la misma temperatura constante.
       • Muestra flujo de carga
       • Un flujo de carga provoca un flujo de calor
     • Efecto Thompson
       • Respuesta al acomplamiento de la existencia en el sistema de una corriente eléctrica y un gradiente de temperaturas.
       • Dan lugar a flujos de calor en el sistema
     • Los efectos galvanomagnéticos son los fenómenos cinéticos que se producen cuando actúan simultaneamente campos magnéticos y eléctricos.
     • Efecto Hall
       • Determina el tipo de portadores mayoritarios en el material
     • Efecto Nerst
       • Campo magnético que modifica el efecto Seebeck
     • Efecto Ettingshausen
       • Modifica el efecto Peltier
     • Efecto Ledue-Riggi
       • Modifica la conductividad térmica
   • Dispositivos electrónicos semicondutores
     • Unión P-N
       • P= concentración de huecos libres moviéndose como un gas
       • N= concentración de electrones libres
       • Fragmento semiconductor extrínseco unido a otro fragmento semiconductor extrínseco
     • Dispositivos bipolares
       • Dejan pasar la corriente eléctrica en un sentido
     • MIM
       • Diodos semiconductores
     • Transistores- FET
       • Resistor de transferencia
       • Tiene dos uniones P-N
       • Amplificador de potencia
     • BJT polarizados
       • Aplicación en el ámbito de la electrónica digital
     • FET
       • Transistor de efecto campo
       • Dispositico monopolar
       • Conduce un tipo de portadores
       • Pueden ser JFET, IGFET, MISFET y MOSFET
     • Procesado de semiconductores
       • Purificación
       • Crecimiento de cristal
       • Dopado

2. Propiedades mecánicas y térmicas

   • Propiedades mecánicas
     • Fuerzas aplicadas a los materiales considerados
     • Resistencia, dureza, ductilidad y rigidez
     • Esfuerzos y deformaciones
       • La deformación que se produce en un material es la respuesta mecánica a la aplicación de fuerzas mecánicas por unidad de área denominadas esfuerzos.
       • Los esfuerzos también se denominan tensiones y pueden ser de atracción o comprensión, donde el esfuerzo es equvalente a una presión (+ o -) o bien de cizalladura, donde se aplican dos fuerzas en la misma dirección pero en distintos sentidos y puntos de apoyo.
     • Ley de Hooke
       • Ley de proporcionalidad
         • Un material tiene comportamiento elástico en el régimen en el que los esfuerzos son proporcionales a las deformaciones
         • La constante debe reflejar la anisotropía del material
         • La constante correspondiente a un ensayo de atracción se denomina módulo de elasticidad o de Young E
         • La constante correspondiente a un ensayo de cizalladura se denomina módulo de cizalladura G
         • Coeficiente de Poisson es el cociente entre las deformaciones laterales y las axiales
     • La deformación elástica tiene origen microscóplico en las fuerzas que aparecen en los nudos de la red al quererlos separar o unir respecto a sus posiciones de equilibrio
     • Los módulos definen la propiedad rigidez
     • El comportamiento plástico es cuando el esfuerzo aplicado es proporcional a la deformación sufrida y por tanto parte de esa deformación es permanente.
       • Define la fluencia como la propiedad en la que la muestra fluye
       • Define el limite proporcional como el esfuerzo para el que se pierde la elasticidad, denominandose también límite elástico
       • La diferencia entre los límites elásticos y proporcionales es que es una medida, muy útil en ingenieria de materiales de la resistencia del material a la deformación plástica
     • La resistencia a la tracción es el esfuerzo en el máximo del diagrama de esfuerzodeformación y se corresponde con la tracción máxima que se puede ejercer sobre un material sin que se produzca la fractura del mismo.
     • La ductibilidad es la propiedad que indica si un material puede deformarse plásticamente sin romperse.
     • El mecanismo de la fractura es complejo e incluye fenómenos mecanicos, termicos, sonoros, electricos y depende de la imperfección en el material
     • La resiliencia es la capacidad que tiene un material de absorber energía elástica cuando es deformado y de cederla cuando no se aplica nungún esfuerzo y el módulo de resiliencia es una medida de esta capacidad.
     • La tenacidad es la capacidad que tiene un material de absorber energía, elástica o no, antes de la fractura.
   • Fonones
     • Los iones en la red cristalina tienen un potencial de interacción entre ellos, correspondientes a las fuerzas interatómicas
     • Las fuerzas pueden aproximarse como la suma de dos potencias inversas de la distancia interatómica en el que se deben ajustar los parámetros libres
     • Las potencias presentan un mínimo que se corresponde con la distancia interatómica de equilibrio, que es la que toman los átomos a la temperatura 0 K
     • La relación de disperción de modos fonónicos, que en la red periodicas unidimensionales monoatomicas da lugar a una sola rama, en las redes con distintas especies la rama se doblara en varias.
       • Rama acustica
         • Frecuencias menores
         • Modos acusticos
       • Rama ópticas
         • Frecuencias mayores
         • Modos opticos
     • Es un es un modo cuantizado de vibración que tiene lugar en redes cristalinas como la red atómica de un sólido.
   • Propiedades térmicas
     • Capacidad calorífica y calor especifico
       • Indica lacapacidad de almacenamiento de calor de una muestra
       • Se representa como la cantidad de energia necesaria en un proceso determinado para aumentar la temperatura de la muestra en un grado
       • Usa cantidad intensiva correspondiente: el calor especifico
       • La vibración de los nudos de la red absorbem energia termica en un solido
       • Los fones describen la energia de las ondas elasticas y a su vez la cantidad de ondas que tenemos
       • El calor especifico electronico es la contribución al calor especifico del gas de Fermi y se obtiene a partir de estadisticas puramente cuanticas
     • Conductividad termica
       • Es la capacidad que tiene un material para transferir, que no sea debido ni a la radiación, ni a convección
       • En solidos se realiza mediante dos mecanismos
         • Fones
           • Vibraciones de los nudos en la red
         • Agitación del gas de electrones
           • Alcanzan mayor velocidad y son menos facilmente dispersos
       • En materiales no metalicos la conductividad es debida exclusivamente a los fones
     • Dilatación térmica
       • Propiedad que experimentan los materiales al expandirse o contraerse cuando se calientan o enfrian
       • Se puede comprender a través de la visualizzación de los potenciales interatómicos

3. Propiedades ópticas y magnéticas

   • Diamagnetismo y paramagnetismo
     • Los materiales paramagneticos tiene una susceptibilidad magnetica positiva y pequeña
       • B-Sn, W, Al, Pt, Mn
     • Consecuencia de una interacción nula o casi nula entre los dipolos magneticos permanentes del material
     • La energía dipolar magnética es E=-MB cos (a) y nos determina como están distrinuidas las particulas a una temperatura dada
     • Todos los materiales presentan diamagnetismo
       • Es un efecto sólo visible cuando los materiales no presentan paramagnetismo
       • Los materiales puramente diamagnéticos son aquellos que presentan una susceptibilidad magnetica muy pequeña y negativa.
       • Puede comprenderse cualitativamente mediante la ley de Lenz
       • Bi, Be, Ag, Au, Ge, Cu, Si, MgO
   • Ferromagnetismo, ferrimagnetismo y antiferromagnetismo
     • Los materiales feerromagneticos tienen valores positivos muy grandes de la susceptibilidad magnetica y esta depende fuertemente de campo aplicado
       • Fe, Co, Ni, aleaciones entre ellos, Gd, Dy
       • Se comportan así debido a las interacciones entre espines y poder mantener neta no nula.
       • Los espin se alinean en una dirección
       • Los dominios magneticos son dipolos magneticos que interaccionan suficientemene para que los espines vecinos se alineen como el primero.
     • Los materiales antiferromagneticos interactuan de forma que tienden a alinearse antiparalelamente
       • MnO, FeO, CoO, NiO, Cr
     • Los materiales ferrimagneticos son multicomponentes de tipo antiferromagneticom pero con dipolos magneticos de distinta magnitud en un sentido y en el otro dando una magnetización neta
       • yFe2O3, 5Fe2O2, 3R2O3, MO*Fe2O3
   • Resonancia magnética
     • Se basan en la excitación resonante mediante un campo magnetico oscilante de dipolos magneticos que transitan entre diferentes niveles de energia en un sistema magnetico
       • EPR
         • Electronic Paramagnetic Resonance
         • Se produce en el rango de los microondas y estudia los dipolos magneticos de origen electronico
       • NMR
         • Nuclear Magnetic Resonance
         • Se produce en el rango de la radiofrecuencia y sirve para la carectización de dipolos magneticos nucleares
       • Resonancia nuclear
         • Se basa en la absorción y/o emisión de radiación y por núcleos de distintos materiales de forma que se pueda medir la importancia del campo cristalino

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