Técnicas de caracterización de materiales

¿Qué es la caracterización de materiales?

La caracterización de materiales permite a los investigadores determinar la estructura de un material, cómo se relaciona esta estructura con sus propiedades macroscópicas y cómo se comportará en aplicaciones tecnológicas.

Las definiciones de lo que se considera "caracterización de materiales" varían. Mientras que algunos utilizan el término para referirse a cualquier proceso de análisis de materiales, incluidos el análisis térmico a granel y las pruebas de densidad, esta entrada del blog se centra en las técnicas de caracterización de materiales utilizadas para estudiar las propiedades microscópicas de los materiales.

La mayoría de estas técnicas de caracterización de materiales pueden clasificarse en microscopía o espectroscopía.

Técnicas de microscopía

La microscopía, el estudio de materiales y superficies mediante microscopios, es uno de los métodos más fundamentales para la caracterización de materiales y la investigación científica en general. Los microscopios utilizan diversos métodos para producir imágenes ampliadas de materiales y superficies.

Microscopios ópticos

Utilizado en todas partes, desde las aulas de ciencias de los institutos hasta los laboratorios más modernos, el microscopio óptico es uno de los equipos científicos más conocidos del mundo. Los microscopios ópticos utilizan lentes y espejos para producir una imagen ampliada utilizando luz visible. Aunque son increíblemente útiles para una gran variedad de aplicaciones, los microscopios ópticos están fundamentalmente limitados por la relación entre la longitud de onda y la energía de los fotones, que sitúa su máxima potencia de aumento en torno a 1.000x.

Existen muchas variantes de la microscopía óptica, entre ellas varias que utilizan la fluorescencia para mejorar la capacidad de formación de imágenes (por ejemplo, fluorescencia, confocal y dos fotones microscopía).

Microscopios electrónicos

Existen varios tipos de microscopía electrónica, entre los que destacan microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), y microscopía de barrido en túnel (STM). Utilizan haces de electrones en lugar de haces de luz para llevar a cabo la caracterización de materiales. En conjunto, los microscopios electrónicos son los microscopios más potentes del mundo, capaces de obtener imágenes con un aumento de hasta 50.000.000x.

Otras técnicas de microscopía

Para la caracterización de materiales pueden utilizarse otros tipos de microscopía:

• Microscopía de fuerza atómica (AFM)
• Microscopía de rayos X
• Microscopía ultravioleta (UV)

Técnicas espectroscópicas

Las técnicas espectroscópicas son numerosas y variadas, pero todas implican la medición de la respuesta de un material a diferentes frecuencias de radiación electromagnética. Dependiendo de la técnica utilizada, la caracterización del material puede basarse en la absorción, emisión, impedancia o reflexión de la energía incidente por una muestra.

La espectroscopia es un campo muy amplio, y existe un gran número de técnicas. Algunas de las más populares son Espectroscopia de rayos X, espectroscopia UV/visible, espectroscopia infrarroja (IR), Espectroscopia Raman, y Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN).

Otras técnicas de caracterización de materiales

Muchas técnicas utilizadas para la caracterización de materiales quedan fuera de las categorías de microscopía y espectroscopía. Algunos de los ejemplos más conocidos son:

• Técnicas de difracción como Difracción de rayos X suelen utilizarse para determinar la estructura cristalina.
• Nanoindentaciónmediante el cual se puede llevar a cabo la caracterización de materiales basándose en la respuesta a nanoescala de un material a una sonda mecánica muy pequeña y precisa conocida como nanoindentador.
• Técnicas eléctricas y magnéticas, incluidas espectroscopia de impedancia.

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