Investigación básica
Caracterización precisa de nuevos materiales, propiedades fundamentales de los materiales y cuestiones científicas
La investigación básica sienta las bases sobre las que se desarrollan nuevos materiales, tecnologías y aplicaciones industriales. Ya sean nuevas cerámicas, aleaciones, polímeros, semiconductores, materiales compuestos o materiales funcionales: para poder desarrollarlos de forma específica, es imprescindible conocer con precisión sus propiedades físicas y térmicas fundamentales.
Los métodos de análisis térmico y termofísico permiten estudiar las transiciones de fase, los mecanismos de reacción, la dilatación térmica, la capacidad térmica, la conductividad térmica y la estabilidad térmica. Se pueden caracterizar los cambios dependientes de la temperatura en atmósferas definidas y en amplios rangos de temperatura.
Con los equipos de análisis flexibles de LINSEIS se pueden investigar las cuestiones científicas más diversas, desde la caracterización inicial de un nuevo material hasta la validación experimental de modelos y conceptos teóricos sobre materiales.
Cuestiones relevantes
- ¿Qué propiedades térmicas tiene un material novedoso?
- ¿A qué temperaturas se producen las transiciones de fase?
- ¿Qué mecanismos de reacción tienen lugar al calentar o enfriar?
- ¿Cómo varía la conductividad térmica con la temperatura?
- ¿Qué dilatación térmica presenta el material?
- ¿Qué estabilidad tiene un material a altas o bajas temperaturas?
- ¿Cómo influyen la atmósfera y la temperatura en el comportamiento de los materiales?
- ¿Qué relación hay entre la composición, la estructura y las propiedades de los materiales?
Parámetros relevantes del material y del proceso
| Parámetros | Significado |
|---|---|
| Transiciones de fase | Identificación de cambios estructurales y de estado dependientes de la temperatura |
| Capacidad térmica (Cp) | Comportamiento termodinámico básico de los materiales |
| Conductividad térmica | Caracterización del transporte de calor en el material |
| Conductividad térmica | Velocidad de propagación del calor en el material |
| Coeficiente de dilatación térmica (CTE) | Variación dimensional del material en función de la temperatura |
| Estabilidad térmica | Resistencia a las cargas térmicas |
| Variación de masa | Análisis de la descomposición, la oxidación y los procesos de reacción |
| Entalpía de reacción | Evaluación energética de procesos térmicos y químicos |
Métodos de medición para la investigación básica
Análisis térmico simultáneo (STA)
Estudio simultáneo de las variaciones de masa y los efectos térmicos para comprender los complejos mecanismos de los materiales y las reacciones.
Análisis de
- Cambios de fase
- Entalpías de reacción
- Cambios de masa
- Procesos de descomposición
- Reacciones de oxidación y reducción
Aplicaciones típicas
- Nuevos materiales
- Cerámica
- Metales y aleaciones
- Materiales energéticos
- Investigación básica
Calorimetría diferencial dinámica (DSC)
Caracterización precisa de los procesos térmicos y de las propiedades termodinámicas de los materiales.
Análisis de
- Procesos de fusión
- Cristalización
- Transiciones de vidrio
- Cambios de fase
- Capacidad calorífica
Aplicaciones típicas
- Polímeros
- Materiales farmacéuticos
- Metales y aleaciones
- Materiales funcionales
- Ciencia de los materiales
Instrumentos de medición recomendados para la investigación básica
DSC L63
Ejemplo práctico: análisis de las propiedades termofísicas básicas de los materiales
Conductividad térmica de los materiales de partida de SiC
Mediciones con láser flash con el LINSEIS LFA L52 muestran cómo la recristalización, la compactación y la orientación del material influyen en la conductividad térmica de los materiales de partida de SiC. Los resultados ponen de manifiesto un comportamiento de transporte térmico muy anisotrópico y proporcionan datos importantes sobre el material para modelar y optimizar el crecimiento cristalino PVT del SiC. Descarga el informe técnico y descubre más sobre la configuración de la medición, la conductividad térmica en función de la temperatura y cómo interpretar los resultados.
Por qué la caracterización de materiales es clave en la investigación básica
Antes de poder optimizar un nuevo material de forma específica o certificarlo para una aplicación concreta, hay que entender sus propiedades básicas y los mecanismos que las subyacen. La caracterización experimental de materiales proporciona la base de datos necesaria para ello.
La combinación de métodos de análisis modernos permite:
- Determinación de las propiedades térmicas y termofísicas fundamentales
- Identificación de transiciones de fase
- Estudio de los mecanismos de reacción y descomposición
- Estudio de los cambios en los materiales en función de la temperatura
- Caracterización del transporte de calor
- Análisis de las relaciones entre estructura y propiedades
- Comparación de diferentes composiciones de materiales
- Validación de modelos teóricos y simulaciones
Aplicaciones – Investigación y universidades
Preguntas frecuentes – Investigación básica
¿Qué propiedades de los materiales se pueden estudiar en la investigación básica?
Con los métodos de análisis térmico y termofísico se pueden determinar, entre otras cosas, la capacidad térmica, la conductividad térmica, la conductividad de temperatura, la dilatación térmica, las transiciones de fase y la estabilidad térmica. De este modo, se pueden caracterizar los materiales de forma exhaustiva y estudiar las relaciones fundamentales entre la estructura y las propiedades.
¿Qué materiales se pueden analizar con los sistemas LINSEIS?
Esta gama de productos es apta para una amplia variedad de materiales, entre los que se incluyen metales y aleaciones, cerámicas, polímeros, vidrios, semiconductores, compuestos, polvos, materiales porosos y materiales funcionales. Esto permite analizar también materiales novedosos para los que aún no existen métodos de caracterización consolidados.
¿Qué métodos de medición son los más adecuados para la investigación básica?
La STA, la DSC, la TGA, la DIL y la LFA son algunos de los métodos clave para la caracterización térmica de los materiales. Dependiendo de la cuestión científica que se quiera abordar, se pueden complementar con técnicas como la GSA, la TMA y métodos de medición eléctricos y termoeléctricos.
¿Por qué tiene sentido combinar diferentes métodos de medición?
Un único método de medición suele reflejar solo una parte del comportamiento del material. Al combinar, por ejemplo, STA, LFA y DIL, se pueden correlacionar las reacciones térmicas, el transporte de calor y los cambios dimensionales, lo que permite comprender mejor los mecanismos del material.
¿Se pueden hacer mediciones en diferentes condiciones atmosféricas?
Dependiendo del sistema de medición, los experimentos se pueden llevar a cabo en atmósferas de gases inertes, oxidantes, reductores u otras atmósferas definidas. Esto permite estudiar cómo las condiciones ambientales influyen en las reacciones, la estabilidad y las propiedades de los materiales.
¿Por qué son importantes los datos de los materiales que dependen de la temperatura para los modelos científicos?
Muchos parámetros de los materiales no son constantes, sino que varían, en algunos casos de forma considerable, con la temperatura. Por eso, los datos dependientes de la temperatura obtenidos experimentalmente mejoran la fiabilidad de las simulaciones y permiten describir el comportamiento de los materiales de forma más realista.
¿Cómo ayuda el análisis térmico al desarrollo de materiales totalmente nuevos?
Ya en las primeras fases de la investigación, proporciona información cuantitativa sobre la estabilidad de las fases, el comportamiento de las reacciones, el transporte de calor y los cambios dimensionales. Esto permite identificar conceptos de materiales prometedores y, a continuación, desarrollarlos de forma específica para una aplicación concreta.
