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AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO
DE LA EDUCACIN
CURSO: Metalurgia Fsica I
INGENIERO: Mg. PALOMINO ISIDRO, Rubn E.
SEMESTRE: Octavo
INTEGRANTES:
CHUQUIYAURI POMACINO, Medyesda Naysha
MEJIA MOLINA, Alder Isaas
VILLEGAS QUISPE, Erick
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
DEDICADO A:
Dios por protegernos y guiarnos por un buen camino,
a nuestros padres por la educacin y amor que nos
brindan da a da y a usted Ingeniero por la
enseanza que nos transmite a cada uno de nosotros.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
NDICE
Introduccin Pg. 04I. Estructuras cermicas 05
a) Materiales cermicos 05b) Estructura de los materiales cermicos 06
b.1 Estructuras cermicas con un solo elemento 07b.1.1 Diamante 07b.1.2 Grafito 10b.1.3 Fullerenos 11
b.2 Estructuras cermicas binarias 15b.2.1 Estructuras cristalinas del tipo [] 17
b.2.1.1 Estructuras cristalinas [ ] 17b.3 Estructuras cermicas ternarias 21
c) Clculos de la densidad de las cermicas 24d) Estructuras no cristalinas 25e) Propiedades de los materiales cermicos 28f) Aplicaciones 30
II. Estructuras polimricas 31A) Concepto y clasificacin 31
B) Tipos de polmeros ms comunes
32C) Cristalizacin del polmero 36Estructuras que influyen sobre las cadenas polimricas 37
D) Estructura de los polmeros 38E) Estructura y propiedades de los polmeros termoplsticos 39F) Aplicaciones 45
III. Estructuras semiconductoras 47A) Semiconductores intrnsecos: estructura cristalina 47B) Semiconductores extrnsecos 50C) Propiedades de los materiales semiconductores 53
IV. Conclusiones 54
V. Bibliografa 55
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
INTRODUCCON
En el siguiente trabajo presentamos los diversos tipos de estructuras como son:
cermicas, polimricas y semiconductoras.
Las estructuras cermicas constituyen un amplio conjunto de compuestos cuya
caracterstica fundamental es estar formados por la unin de elementos atmicosmediante enlaces de carcter predominantemente inico o covalente, es decir,
uniones interatmicas fuertes y estables, las estructuras polimricas
generalmente poseen estructura desordenada o amorfa como consecuencia del
mecanismo seguido en la polimerizacin que generalmente es radical. Sin
embargo, por la composicin qumica del monmero o por el procedimiento
seguido en la polimerizacin -coordinacin y en ocasiones aninico- el estado
cristalino tambin puede existir en los polmeros.Por la tanto las estructuras semiconductoras son materiales que poseen
propiedades intermedias de conduccin.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
I. ESTRUCTURAS CERMICAS
a) MATERIALES CERMICOS:
Los materiales cermicos son compuestos qumicos inorgnicos o
soluciones complejas, constituidos por elementos metlicos y no
metlicos unidos entre s principalmente mediante enlaces inicos y/o
covalentes; con gran aplicacin en alfarera, construccin, utensilios de
cocina, dispositivos elctricos.
Esta gran versatilidad de aplicaciones se debe a que poseen propiedadesmuy caractersticas que no pueden ser obtenidas con ningn otro material.
a.1) TIPO DE SUSTANCIA:
Son compuestos inorgnicos constituidos por elementos metlicos
y no metlicos.
Su enlace puede ser inico o covalente.
Presenta estructura cristalina.
b) ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES CERMICOS:
La gran variedad de composiciones qumicas de los cermicos se refleja
en sus estructuras cristalinas. No es posible dar una lista exhaustiva de
las estructuras cermicas, pero en su lugar puede proporcionarse una lista
sistemtica de algunas de las ms importantes y representativas. Incluso
esta lista es demasiado larga, por lo que muchas estructuras se
describirn brevemente. Muchas de estas estructuras cermicas tambin
describen compuestos intermetlicos, Por otra parte, es posible definir un
factor de empaquetamiento inico (IPF, ionic parking factor), similar al
APF definido en el caso de las estructuras metlicas. El IPF es la fraccin
de la celda unidad ocupada por los distintos aniones y cationes.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
La mayora de las cermicas son compuestos formados por elementos
metlicos y no metlicos cuyos enlaces interatmicos pueden ser de
carcter totalmente inico, de carcter predominantemente inico con
algn carcter covalente, de carcter predominantemente covalente con
algn carcter inico o de carcter totalmente covalente. El trmino
"cermica" proviene de la palabra griega "keramikos", que significa "cosa
quemada", indicando de esta manera que las propiedades deseables de
estos materiales generalmente se alcanzan despus de un tratamiento
trmico a alta temperatura que se denomina coccin.
Puesto que el enlace atmico en los materiales cermicos es parcialmente
o totalmente inico, muchas estructuras cristalinas de los materiales
cermicos pueden ser pensadas como compuestas de iones
elctricamente cargados en lugar de tomos. Puesto que las cermicas
estn compuestas usualmente por al menos dos elementos y a menudo
por ms de dos, sus estructuras cristalinas son generalmente ms
complejas que la de los metales.
NOTA:
La mayora de las estructuras cristalinas consisten en disposiciones
compactas de los aniones con uno o ms tipos de cationes
posicionados en huecos tetradricos u octadricos. En estas
estructuras tiende a predominar el enlace inico. Otras estructuras
cristalinas cermicas consisten en tetraedros y/o octaedros aislados
que se unen entre si compartiendo vrtices o caras. Estasestructuras no presentan un empaquetamiento elevado y poseen un
grado alto de enlace covalente direccional.
EXISTEN TRES CLASES DE ESTRUCTURAS CERMICAS:
Estructuras cermicas con un solo elemento
Estructuras cermicas binarias
Estructuras cermicas ternarias
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
b.1) ESTRUCTURAS CERMICAS CON UN SOLO ELEMENTO:
Las estructuras cristalinas cermicas con un solo elemento no son
muy abundantes. La ms importante es la estructura tipo [Diamante]
que est compuesta por el carbono, que es un elemento que existe
en varias formas polimrficas, as como en estado amorfo. El
tratamiento de los materiales de carbono se centrara en las
estructuras y caractersticas del grafito, el diamante y los fullerenos,
y tambin sobre sus aplicaciones actuales y potenciales.
b.1.1) Diamante, [C].
El diamante es un polimorfo meta estable de carbono a
temperatura ambiente y a presin atmosfrica. Su estructura
cristalina es una variante de la blenda, en la cual los tomos
de carbono ocupan todas las posiciones (tanto las del Zn
como las del S), tal como se ilustra en la celdilla unidad
mostrada en la figura b.1.1.1. As, cada tomo de carbono
esta unido con otros cuatro tomos de carbono y estos
enlaces son totalmente covalentes y fuertes, compartiendo
un electrn con cada uno de los 4 tomos de carbono que lo
rodean. Cada tomo de carbono esta en el centro de un
tetraedro o en uno de sus 4 vrtices, siendo todas las
posiciones de red equivalentes. El nmero de coordinacin
es 4 y la formula de coordinacin, C [4].
Esta se denomina la estructura cristalina cbica del
diamante, la cual tambin se encuentra en otros elementos
del Grupo IVA de la tabla peridica (por ejemplo, germanio y
silicio).
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Figura b.1.1.1- Celdilla unidad de la estructura cbica del
diamante.
La estructura del Diamante est basada en la red cbica
centrada en las caras (FCC). La celda primitiva consiste en
dos redes FCC, la primera centrada en el punto (0,0,0), y la
segunda est centrada en el (, ,), o sea que est
desplazada respecto la diagonal del cubo de la primera
red.
La caracterstica de la estructura del diamante es el enlace
tetradrico, en el cual cada tomo est enlazado con otros
cuatro tomos vecinos (Incorpora la configuracin
tetradrica de enlace de elementos del grupo IVA). La
estructura del Diamante est relativamente vaca, la mxima
proporcin de espacio ocupado por esferas slidas es 0.34,
lo cual representa un 46% del espacio ocupado por lasestructuras hcp o fcc.
En la siguiente tabla aparecen elementos con estructura del
Diamante.
Cristal a () Cristal a ()C (Carbono) 3,56 Ge (Germanio) 5,65Si (Silicio) 5,43 Sn (Estao) 6,46
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Aqu el parmetro a corresponde a la arista de la celda
cbica.
El diamante puede considerarse como una estructura
derivada de la estructura cbica centrada en las caras,
rellenndose la mitad de los huecos tetradricos existentes
por tomos iguales a los del empaquetamiento. (Figura
b.1.1.2).
Figura b.1.1.2.- Estructura tipo diamante.
Las propiedades fsicas del diamante hacen que sea un
material muy atractivo. Es extremadamente duro (el material
ms duro conocido), modulo elstico elevado, tiene muy baja
conductividad elctrica y gran estabilidad a temperaturas
altas (sobre 3700 C) en atmsferas no oxidantes. Estas
caractersticas se deben a su estructura cristalina y al fuerte
enlace covalente. Tambin tiene una alta conductividad
trmica, lo cual no es usual en un material no metlico.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
La industria de los semiconductores est dominada por una
sola estructura cristalina. Los semiconductores elementales
(Si, Ge y Sn gris) comparten la estructura cbica del
diamante. Un pequeo grupo de elementos contiguos a los
del grupo IVA forma compuestos semiconductores, que
suelen ser compuestos del tipo AX, con combinaciones de
tomos con una valencia media de +4. Por ejemplo, el GaAs
combina la valencia +3 del galio con la valencia +5 del
arsnico y el CdS que combina la valencia +2 del cadmio
con la valencia +6 del azufre. El GaS y CdS son ejemplos de
compuestos del tipo III-V y compuestos del tipo II-VI,
respectivamente. Muchos de dichos compuestos sencillos
AX presentan una estructura cristalina fuertemente
relacionada con la cbica del diamante. Su estructura se
ver dentro del apartado de estructuras cermicas binarias.
b.1.2) Grafi to .
El grafito es otro polimorfo del carbono (Forma estable a
temperatura ambiente), que tiene una estructura cristalina
(Figura b.1.2.1) bien distinta de la del diamante y es tambin
ms estable que el diamante a temperatura y presin
ambiente. La estructura del grafito est compuesta por
capas de tomos de carbono dispuestos hexagonalmente.
Dentro de las capas, cada tomo de carbono esta unido a
tres tomos coplanares por enlaces covalentes. El cuarto
electrn de enlace participa en enlaces de tipo de Van der
Waals entre las capas. Como consecuencia de estos
enlaces interplanares dbiles, la separacin interplanar es
fcil (Naturaleza desmenuzable del grafito), lo cual origina
las excelentes propiedades lubricantes del grafito
(Lubricante seco). Tambin la conductividad elctrica es
relativamente alta en las direcciones cristalinas paralelas a
las lminas hexagonales.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Figura b.1.2.1.- Estructura del grafito comparada con la del
diamante.
Otras propiedades destacables del grafito son: altaresistencia y buena estabilidad qumica a temperaturas
elevadas y en atmsferas no oxidantes, alta conductividad
trmica, bajo coeficiente de dilatacin trmica y alta
resistencia al choque trmico, alta absorcin de gases y fcil
mecanizacin.
El grafito se utiliza en elementos calefactores de hornoselctricos, como electrodo para soldadura por arco, en
crisoles metalrgicos, en moldes para aleaciones metlicas
y cermicas, como refractario y aislador a alta temperatura,
toberas de cohetes, reactores qumicos, contactos
elctricos, resistencias, electrodos para bateras y
dispositivos de purificacin de aire.
b.1.3) Fullereno s.
Esta forma polimrfica del carbono fue descubierta en 1985.
Existe en forma molecular, y consiste en una red esfrica de
60 tomos de carbono. Una molcula sencilla se indica por
C60. Cada molcula est compuesta por grupos de tomos
de carbono que estn enlazados uno junto a otro para formar
configuraciones geomtricas de hexgonos (6 tomos de
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
carbono) y pentgonos (cinco tomos de carbono). Una
molcula de este tipo se muestra en la figura b.1.3.1, y posee
20 hexgonos y 12 pentgonos, los cuales estn colocados
de tal manera que no hay dos pentgonos que compartan
un mismo lado. La superficie molecular exhibe la simetra de
un baln de ftbol, por lo que el nombre abreviado en ingls
de esta estructura es buckyball. El material formado por
molculas de C60 es conocido por el nombre
buckminsterfullereno, en honor a R. Buckminster Fuller.
Figura b.1.3.1.- Estructura de una molcula C60.
La presencia de los anillos con cinco tomos de carbono
proporciona la curvatura positiva de la superficie del
buckyball, en contraste con la estructura plana del grafito, en
la que todos los anillos tienen seis tomos de carbono.
El diamante y el grafito se denominan slidos reticulares
porque todos los tomos de carbono forman enlaces
primarios con tomos adyacentes a travs de todo el slido.
Por el contrario, los tomos de carbono en el
buckminsterfullereno se unen unos a otros para formar las
molculas esfricas. En el estado slido, las unidades C60
forman una estructura cristalina y se empaquetan formando
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
una red cbica centrada en las caras (figura b.1.3.2) con una
celdilla unidad de 1.41 nm de lado. Cada molcula en el
buckminsterfullereno se comporta como un tomo individual.
El material slido puro y cristalino tiene una densidad baja
(1.65 g/cm3), es relativamente blando y es un aislante
elctrico [conductividad elctrica menor que 10-7(m)-1.
Figura b.1.3.2.- Celdilla unidad de un"buckminsterfullereno" formado por una distribucin
centrada en las caras de molculas C60.
Investigaciones posteriores han permitido sintetizar una gran
diversidad de estructuras para una amplia variedad de
fullerenos. De hecho, se han sintetizado fullerenos con la frmula
Cn donde n puede llegar a alcanzar valores tan altos como 240
y 250. En cada caso, la estructura consta de doce pentgonos
uniformemente distribuidos que conectan un conjunto de
hexgonos. Aunque los pentgonos son necesarios para dar la
curvatura aproximadamente esfrica de los fullerenos, lainvestigacin sobre estos materiales nicos ha permitido obtener
curvaturas cilndricas, resultado del enrollamiento simple de
lminas de grafito hexagonal. El resultado es un fullereno
tubular, denominado en ingls buckytube, como se representa
en la figura b.1.3.3.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Figura 10.2.3.3.- Estructura cilndrica de anilloshexagonales de tomos de carbono o buckytube.
Actualmente los fullerenos con mayor inters tecnolgico son
aquellos que contienen impurezas de metales alcalinos,
especficamente potasio. Cuando se aade potasio en un
porcentaje de 3 iones K+ por molcula de C60, el material
resultante (K3C60) tiene una alta conductividad elctrica y posee
las caractersticas de un metal. En cuanto a la estructura
cristalina, los iones K+ocupan todas las posiciones intersticiales
tetradricas y octadricas en la estructura cristalina fcc. Por
tanto, podemos considerar que el K3C60es un metal molecular,
el primero que ha sido descubierto. Adems, este material se
comporta como un superconductor a 18 K.
En la figura b.1.3.3 se da una comparacin de diversascaractersticas del grafito, diamante y fullerenos
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Figura b.1.3.3.- Comparacin de diversas caractersticasdel grafito, diamante y fullerenos.
b.2) ESTRUCTURAS CERMICAS BINARIAS:
La expresin binaria se refiere a una estructura con dos lugares
atmicos distintos, uno para el anin y otro para el catin. Para un
compuesto dado existe una variedad de elementos que pueden entrar
en solucin slida en dichos lugares atmicos sin que cambie la
estructura. As, el trmino binario identifica el nmero de lugaresatmicos y no el de los elementos qumicos. En la tabla b.2.1 se
muestran diversas estructuras binarias importantes y algunas de sus
caractersticas.
Tabla b .2.1.- Est ru ctu ras cerm icas b inar ias.
nombre
Estructura
Formula
General
Coordinacin
formula
embalaje
de aniones
Fraccin de
Cationes
Lugares ocupados
Ejemplos
[Sal de piedra]
[cloruro de cesio]
[Blenda de zinc]
[wurtzita]
[arseniuro de nquel
[Fluorita]
[Rutilo]
tipos de slice
[antifluorita]
[Corindn]
AX
AX
AX
AX
AX
AX2
AX2
AX2
A2X
A2X3
A|6|X|6|
A|8|X|8|
A|4|X|4|
A|6|X|6|
A|8|X2|4|
A|6|X2|3|
A|4|X2|2|
A2|4|
X|8|
A2|6|
X3|4|
Cbica de empaquetamiento compacto
simple cbico
Cbica de empaquetamiento compacto
Hexagonal compacta
Cerrar-hexagonal lleno
simple cbico
Distorted apretadas
Tetradrica conectada
Cbica de empaquetamiento compacto
Hexagonal compacta
Tod o oc tadri ca
Todo cbico
te tr adri ca
te tr adri ca
Tod o oc tadri ca
cbi co
Oc tadr ic a
Tod o tetr adri ca
2/3 oc tadr ica
NaCl, KCl, LiF, MgO, VO, NiO
CsCl, CsBr, Csl
ZnS, BeO, -SiC
ZnS, ZnO, -SiC, BeO, CdS
NiAs, FeS, FeSe, CoSe
CaF2, ThO2, CeO2, UO2, ZrO2, HfO2
TiO2, GeO2, SnO2, PbO2, VO2, NbO2
SiO2, GeO2
Li2O, NaO, sulf ides
Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, V2O3, Ga2O3, Rh2O3
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Una parte importante de las estructuras cristalinas cermicas
(Enlaces inico-covalentes) pueden derivarse del empaquetamiento
compacto de esferas rgidas con simetra hexagonal compacta (HCP)
o cbica centrada en las caras (FCC). En los huecos octadricos o
tetradricos del empaquetamiento compacto se situarn los cationes
con distintos niveles de ocupacin.
Aunque lo habitual es la derivacin de las estructuras a partir del
empaquetamiento compacto de aniones, tambin se pueden
desarrollar estructuras de tipo fluorita (CaF2) mediante el
empaquetamiento compacto de cationes.
En las tablas b.2.2 y b.2.3 se dan algunas de las estructuras
generadas como consecuencia de la ocupacin de huecos
octadricos o tetradricos del empaquetamiento compacto de esferas
rgidas con estructura cbica o hexagonal.
Tabla b.2.2.- Estructuras originadas como consecuencia de laocupacin octadrica y tetradrica de un empaquetamiento compacto
de esferas rgidas con simetra cbica (FCC).
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Tabla b.2.3.- Estructuras originadas como consecuencia de laocupacin octadrica y tetradrica de un empaquetamiento compacto
de esferas rgidas con simetra hexagonal (HCP).
b.2.1 Estructuras cristalinas del tipo [AX].Algunos de los materiales cermicos ms comunes son
aquellos en los cuales el nmero de cationes y aniones es el
mismo. Estos se refieren a menudo como compuestos AX,
donde A indica el catin y X el anin (A es un elemento metlico
y X es un elemento no metlico). Son los cermicos con la
frmula qumica ms sencilla. Existen varias estructuras
cristalinas distintas para los compuestos AX, cada una de ellasse describe mediante el nombre de un material comn que
tiene esta particular estructura.
b.2.1.1 Estructura cristalina [Sal de roca] [][].
Quizs la estructura cristalina ms comn del tipo [Sal de roca]
es la del cloruro sdico, por lo cual tambin se denomina
[ClNa].
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
El nmero de coordinacin tanto para los cationes como para
los aniones es 6, y, por consiguiente, el cociente entre el radio
del catin y del anin esta comprendido entre 0.414 y 0.732 (La
relacin en el ClNa es+
= 0.564).
La estructura del cloruro de sodio es compartida por muchos
materiales cermicos de importancia (MgO, NiO, etc.).
Una celdilla unidad de esta estructura cristalina (Figura
b.2.1.1), cuyo parmetro de red es a = 0.282 nm, se puede
generar a partir de una estructura cbica centrada en las caras
de aniones con los cationes situados uno en el centro del cuboy otro en el centro de los doce lados del cubo. Una estructura
cristalina equivalente se forma a partir de una estructura cbica
centrada en las caras formada por cationes. Por consiguiente,
la estructura cristalina del cloruro sdico puede ser imaginada
como formada por dos redes cbicas centradas en las caras
interpenetrantes, una compuesta de cationes y la otra de
aniones.
En la estructura de NaCl los aniones de mayores dimensiones
Cl forman un empaquetamiento cbico denso, en el cual todos
los huecos octadricos estn ocupados por los cationes Na, en
tanto que los huecos tetradricos estn totalmente
desocupados.
La red de NaCl puede considerarse como el conjunto de dos
estructuras centradas en las caras, cada una de las cuales
contiene nicamente iones de un solo signo. La estructura
consiste de una alternancia de cationes y aniones a lo largo de
cada uno de los tres ejes de la celda unitaria (Direcciones
cristalogrficas [100], [010] [001]).
Figura b.2.1.1- Estructura cristalina del cloruro de sodio, ClNa
(Iones/Celda unidad: 4Na+ + 4Cl-).
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Figura b.2.1.1.- Estructura cristalina del cloruro de sodio,
ClNa.
Figura b.2.1.1.- Estructura cristalina del cloruro de sodio,
ClNa.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Las estructuras inicas (y otras) pueden ser derivadas a partir
de la ocupacin de los huecos tetradricos y octadricos de los
empaquetamientos densos (Figura b.2.1.1)
Figur a b.2.1.2.- Estru ctur a cristalin a de la blenda o esfalerita
(ZnS) como derivacin de de la ocu pacin d e la mitad de los
huecos tetradric os del empaquetam iento denso FCC (ECC).
En la figura b.2.1.3 se presenta una celdilla unidad, todos los
vrtices y posiciones en las caras de la celdilla cbica estn
ocupadas por tomos S, mientras que los tomos de Zn llenan
el interior en posiciones de huecos tetradricos (La mitad). Si
las posiciones de los tomos de Zn y S son intercambiadas la
estructura que resulta es equivalente.
A menudo el enlace atmico es en gran parte covalente en los
compuestos que exhiben esta estructura cristalina, entre los
cuales estn GaAs, AlP, InSb, CuCl, ZnO, ZnSe, CdS, ZnTe,
HgTe y SiC.
La estructura cristalina de la blenda es similar a la del diamante,
con los cationes y aniones alternndose en las posiciones de
los tomos de carbono.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Figura b.2.1.3.- Estructura cristalina de la blenda o esfalerita(ZnS).
b.3) ESTRUCTURAS CERMICAS TERNARIAS.
Una estructura cermica ternaria consiste, generalmente, en
un ordenamiento de iones (En general de aniones), compacto
o prximo al compacto, con dos cationes de diferentes
tamaos o cargas, que se ajustan en las posiciones
intersticiales apropiadas.
Muchas cermicas comerciales importantes con estructuras
ternarias tienen composiciones con ms de tres elementos
donde ms de un elemento de tamao comparable ocupa un
tipo de posicin estructural. As, cuando se exploran
estructuras ternarias, se har nfasis en las posiciones
estructurales ms bien que en la composicin qumica. Las
estructuras ternarias son sumamente importantes para la
tecnologa de cermica avanzada. Muchas de las
composiciones de materiales usados como dielctricos
avanzados, magnticos, refractarios, estructurales y pticos
tienen estructuras ternarias. Adems, la mayor parte de la
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
corteza de la tierra est compuesta de materiales cermicos
con estructuras ternarias.
Algunas estructuras ternarias se dan en la tabla b.4 Se
estudiarn slo algunas de las estructuras ternarias. Estasincluyen compuestos de la forma A2BX4 cuya estructuras
pueden ser de los tipos [espinela], [fenacita] y [olivino],
compuestos de la forma ABX4 con estructuras del tipo
[circn], las derivadas del SiO2 ordenado y las ternarias
derivadas de las estructuras binarias del [rutilo] y de la
[fluorita]), compuestos de la forma ABX3 con la estructura del
tipo [perovskitas] y, finalmente, otras estructuras ternarias.
El objetivo es seleccionar ejemplos que ilustren los factores
que controlan las disposiciones de los tomos e influyen en
las propiedades de composiciones especficas.
Tabla b.3.- Resumen de algunas estructuras ternarias.
b.3 Estructuras ternarias de los compuestos de la forma
A2BX4.
b.3.1 Estructuras del tipo [Espinela]
[]
[][]
[][][][].
La frmula A2BX4 incluye una importante familia de
cermicos con aplicaciones magnticas. Las estructuras
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
tipo [Espinela] se construyen sobre una red de Bravais
cbica centrada en las caras con 14 iones (dos A2+, cuatro
B3+y ocho X2-) asociados a cada punto de red. Una celda
unitaria contiene 32 aniones X2-(por ejemplo, de oxgeno)
localizados en los sitios de red de la estructura cbica
centrada en las caras, 16 cationes en huecos octadricos
y 8 en tetradricos, es decir un total de 56 iones. En la
estructura [espinela] normal, el catin A2+ocupa un octavo
de los huecos tetradricos y el B3+la mitad de los huecos
octadricos.
La estructura tipo [Espinela] se muestra en la figura b.3.1,
la cual puede verse como una combinacin de las
estructuras del NaCl y del ZnS. Se aprecia cmo los iones
Mg2+ estn ocupando posiciones tetradricas, es decir
estn en coordinacin con cuatro oxgenos (O2-) y los
iones Al3+estn situados en posiciones octadricas, es
decir en coordinacin con seis oxgenos (O2-).
Figura b.3.1.- Estructura tipo [Espinela] normal.Posicin relativa de los tomos en la estructura.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
b.3.2 Estructuras del tipo perovskita (CaTiO3).
Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario yoxigeno forman una celda unidad cbica centrada
en las caras con los iones bario en los vrtices de
la celda unidad, y los iones oxido en el centro de
las caras, el in titanio se situar en el centro de la
celda unidad coordinado a seis iones oxgeno.
c) CLCULOS DE LA DENSIDAD DE LAS CERMICAS.
Es posible calcular la densidad terica de un material cermico cristalino
a partir de los datos de la celdilla unidad de una forma similar a la descrita
para los metales. En este caso la densidad puede determinarse
utilizando una forma modificada de la ecuacin deducida para los metales
de la forma siguiente:
=`(
Donde:
n' = Nmero de unidades de formula en la celdilla unidad
AC = Suma de los pesos atmicos de todos los cationes en la unidad de frmula AA = Suma de los pesos atmicos de todos los aniones en la unidad de frmula
VC = Volumen de la celdilla unidad
NA = Nmero de Avogadro, 6.023 x 1023unidades de frmula/ mol
Unidades de frmula: son todos los iones que estn incluidos en la formula
qumica unidad. Por ejemplo, en el caso del BaTiO3, una unidad de
formula consiste en un in de bario, un in de titanio y tres iones de
oxgeno.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
d) ESTRUCTURA NO CRISTALINAS.
Muchos slidos no cristalinos como los vidrios, los geles y capas
depositadas mediante vapor tienen muchos usos y son muy importantes
para una amplia gama de disciplinas de la ingeniera.
d.1 Vidrios.
Bajo la amplia denominacin genrica de vidrios o de cuerpos vtreos
queda comprendida una gran variedad de sustancias que, aunque a
temperatura ambiente tienen la apariencia de cuerpos slidos, que
les proporciona su rigidez mecnica, no pueden considerarse comotales, ya que carecen de la estructura cristalina que caracteriza y
define al estado slido.
Si por la estabilidad de su forma los vidrios podran asimilarse a
slidos, desde el punto de vista de su desorden estructural sus
semejanzas con los lquidos son mucho ms acusadas. Este hecho,
que constituye una limitacin para incluir a los vidrios entre los
slidos, resulta sin embargo insuficiente para autorizar a aceptarlos
como lquidos, si bien puede justificar la designacin de lquidos de
viscosidad infinita que en muchas ocasiones se les ha aplicado.
La dificultad para encuadrar adecuadamente a los cuerpos vtreos
dentro de uno de los tres estados de agregacin de la materia dio
lugar a que se pensara independizar a los vidrios integrndolos en
un cuarto estado de agregacin: el estado vtreo. Esta sugerencia
nunca lleg sin embargo a encontrar una aceptacin generalizada Si
se parte de un concepto de cuerpo slido que prescinda de la
cristalinidad y se base exclusivamente en determinadas propiedades
fsicas, con lmites previamente establecidos para cada estado,
podra aplicarse a los vidrios el nombre de slidos amorfos, con tal
de que esta denominacin se reservara para bajas temperaturas. La
mayor objecin contra ella surgira si se intentara aplicarla tambin
a las temperaturas en que aqullos se vuelven plsticos.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Por otra parte, se ha comprobado que los vidrios presentan mayor
grado de ordenacin estructural (orden de corto alcance) que los
cuerpos amorfos. Esta ordenacin se limita a un pequeo entorno
alrededor de cada uno de los iones que forman el retculo
(ordenamiento de corto alcance), a diferencia de la periodicidad de
largo alcance que guarda la estructura de los slidos cristalinos. Por
eso, para establecer esta diferencia, se emplea tambin para los
vidrios, con mayor adecuacin que el anterior, el nombre de slidos
no cristalinos.
Entonces los materiales en el estado slido se clasifican en
cristalinos, no cristalinos, amorfos y semicristalinos. En los
cristalinos, los tomos adoptan disposiciones ordenadas y
repetitivas a travs del solido formando estructuras tridimensionales
peridicas, un ejemplo clsico son los metales y sus aleaciones.
Cada tomo de un tipo dado tiene los mismos tomos vecinos con
los mismos ngulos de enlace y las mismas distancias interatmicas.
El ordenamiento es corto y largo alcance.
En los amorfos no existe ordenamiento peridico y algunos
materiales plsticos como el poliestireno son ejemplos comunes.
La figura d.1(a) es una representacin bidimensional de un slido
cristalino. La figura d.1(b) representa el mismo slido pero con
estructura amorfa. Las molculas de un vidrio no estn colocadas en
un orden repetitivo de largo alcance como ocurre en un slido
cristalino, sino que cambian su orientacin de una manera aleatoria
en todo el slido. El dixido de silicio (SiO2), presenta esta propiedad
segn como sea enfriado, cuando es cristalino forma el cuarzo y
cuando es amorfo forma el vidrio. Los semicristalinos presentan una
parte amorfa y otra cristalina, materiales plsticos como el polietileno
y el polipropileno son ejemplos tpicos.
Los cuerpos vtreos se caracterizan por una serie de propiedades
generales y comunes a todos ellos. Tales caractersticas van a servir
para definir fenotpicamente a los vidrios, si bien no proporcionarn
informacin alguna acerca de su constitucin estructural.
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Figura d.1. Representacin grfica de las diferencias estructuralesentre un cristal (a) y un vidrio (b).
ESTRUCTURA:
La mayora de los vidrios de uso comercial estn basados en el xidode silicio, (SiO2), como formador de vidrio, donde la subunidad
fundamental es el tetraedro SiO4, en donde untomo de silicio se
encuentra covalentemente enlazado a cuatro tomos de oxigeno.
Pueden tener algunos iones modificadores adicionales que son
xidos como el CaO, Na2O que proporcionan cationes y oxgenos
no enlazantes, la presencia de estos modificadores disminuye la
viscosidad del vidrio a altas temperaturas haciendo que este seams fcil de moldear.
Cuando solo est presente la slice (SiO2) el vidrio es muy rgido
hacindolo t il para aplicaciones en que se requiere una pequea
expansin trmica, pero por esta razn es muy viscoso y difcil de
moldear enestado liquido lo que limita su uso.
http://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/falta-oxigeno/falta-oxigeno.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/falta-oxigeno/falta-oxigeno.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtml7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
1-Tetraedro de silicio rodeado de cuatro tomos de oxgeno.
En un cristal como el de la figura 2(a) los tomos siguen un patrn
estricto de orientacin que se repite n veces, siempre de la misma
manera. En un vidrio, los enlaces Si-O-Si no tienen una orientacin
determinada (figura 2 (b)); la distancia de separacin entre los
tomos de Si y O no es homognea, las unidades tetradricas no se
repiten con regularidad y el compuesto est desordenado.
Figura 2. Representacin grfica de las diferencias estructurales entre un cristal (a)y un vidrio (b)
e) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CERMICOS.
PROPIEDADES MECNICASSon duros y frgiles a temperatura ambiente debido a su enlace
inico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan
enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran
limitacin en su nmero de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por
la presencia de imperfecciones.
Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se
permite el deslizamiento de bordes de grano.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
PROPIEDADES MAGNTICAS
No suelen presentar propiedades magnticas, sin embargo podemos
encontrar cermicas con propiedades magnticas de gran importancia
como ferritas y granates. stas son las llamadas cermicas
ferrimagnticas. En estas cermicas los diferentes iones tienen momentos
magnticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magntico
se produzca como resultado una imantacin neta.
PROPIEDADES ELCTRICASSon en su mayora aislantes elctricos debido a que tienen una alta
resistencia dielctrica y baja constate dielctrica.
Algunos de ellos presentan otras propiedades dielctricas como es la
facilidad de polarizarse.
PROPIEDADES TRMICASLa mayora de los materiales cermicos tienen bajas conductividades
trmicas debido a sus fuertes enlaces inico/covalentes. La diferencia de
energa entre la banda de covalencia y la banda de conduccin en estos
materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos
electrones hacia la banda de conduccin, por este hecho son buenos
aislantes trmicos.
Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos
refractarios son utilizados en las industrias metalrgicas, qumicas
cermicas y del vidrio.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
f) APLICACIONES DE LOS MATERIALES CERMICOS
Fabricacin de productos de alfarera, debido a su dureza y resistenciaal calor.
Losetas trmicas (trasbordadores espaciales), por su baja conductividad
trmica.
Fabricacin de materiales de construccin (ladrillos, cemento, azulejos,
baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad trmica y elctrica.
Aislantes en aparatos electrnicos.
Materiales refractarios, por su punto de fusin tan elevado.Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido a su
gran dureza. Ejemplos: almina fundida y carburo de silicio.
Vidrio.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
II. ESTRUCTURAS POLIMRICAS
A. Concepto y clasificacin de los polmeros.Un polmero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una
sustancia cuyas molculas son, por lo menos aproximadamente, mltiplos
de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular
es el monmero. Si el polmero es rigurosamente uniforme en peso
molecular yestructura molecular, su grado de polimerizacin es indicado
por un numeral griego, segn el nmero de unidades de monmero que
contiene; as, hablamos de dmeros, trmeros, tetrmero, pentmero y
sucesivos. El trmino polmero designa una combinacin de un nmero
no especificado de unidades. De este modo, el triximetileno, es el trmero
del formaldehdo, por ejemplo.
Si el nmero de unidades es muy grande, se usa tambin la expresin
gran polmero. Un polmero no tiene la necesidad de constar de molculas
individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que
tengan toda la misma composicin qumica y la misma estructura
molecular. Hay polmeros naturales como ciertasprotenas globulares y
policarbohidratos, cuyas molculas individuales tienen todos los mismos
pesos moleculares y la misma estructura molecular; pero la gran mayora
de los polmeros sintticos y naturales importantes son mezclas de
componentes polimricos homlogos. La pequea variabilidad en la
composicin qumica y en la estructura molecular es el resultado de la
presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la
orientacin de unidades monmeros y la irregularidad en el orden en el
que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolmeros.
Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades
delproducto final, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos
hubo variaciones en copolmeros y ciertos polmeros cristalinos.
Lo que distingue a los polmeros de los materiales constituidos por
molculas de tamao normal son sus propiedades mecnicas. En general,
los polmeros tienen una muy buena resistenciamecnica debido a que
http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos10/compo/compo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/separacion-mezclas/separacion-mezclas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/newton-fuerza-aceleracion/newton-fuerza-aceleracion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/newton-fuerza-aceleracion/newton-fuerza-aceleracion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/separacion-mezclas/separacion-mezclas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/compo/compo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
las grandes cadenas polimricas se atraen. Las fuerzas de atraccin
intermoleculares dependen de la composicin qumica del polmero y
pueden ser de varias clases. Las ms comunes, denominadas Fuerzas de
Van der Waals.
B. Tipos De Polmeros Ms Comunes
b.1POLMEROS TERMOPLSTICOS:
Los termoplsticos son polmeros de cadenas largas que cuando se
calientan se reblandecen y pueden moldearse apresin.Representan
el 78-80% de consumo total. Los principales son:
b.1.1 Polietileno.- ste es el termoplstico ms usado en nuestrasociedad.
Los productos hechos de polietileno van desde materiales
de construccin y aislantes elctricos hasta material de empaque. Es
barato y puede moldearse a casi cualquier forma, extrurse para hacer
fibras o soplarse para formar pelculas delgadas. Segn latecnologa que
se emplee se pueden obtener dos tipos de polietileno
b.1.1.1 Polietileno de BajaDensidad.Dependiendo del catalizador, este
polmero se fabrica de dos maneras: a alta presin o a baja presin.
En el primer caso se emplean los llamados iniciadores de radicales
libres como catalizadores de polimerizacin del etileno. El producto
obtenido es el polietileno de baja densidad ramificado;
Cuando se polimeriza el etileno a baja presin se emplean
catalizadores tipo Ziegler Natta y se usa el buteno-1 como
comonmero. De esta forma es como se obtiene el propileno de baja
densidad lineal, que posee caractersticas muy particulares,
comopoder hacer pelculas ms delgadas y resistentes.
b.1.1.2 Polietileno de alta densidad (HDPE). Cuando se polimeriza el
etileno a baja presin y en presencia de catalizadores ZieglerNatta,
se obtiene el polietileno de alta densidad (HDPE). La principal
http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/sociedad/sociedad.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/empaq/empaq.shtmlhttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/empaq/empaq.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/sociedad/sociedad.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
diferencia es la flexibilidad, debido a las numerosas ramificaciones de
la cadena polimrica a diferencia de la rigidez del HDPE.
Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como las
botellas y los caos plsticos (flexibles, fuertes y resistentes a
lacorrosin).
El polietileno en fibras muy finas en forma de red sirve para hacer
cubiertas delibros y carpetas, tapices para muros, etiquetas y batas
plsticas.
b.1.2 Polipropileno
El polipropileno se produce desde hace ms de veinte aos, pero suaplicacin data de los ltimos diez, debido a la falta
de produccin directa pues siempre fue un subproducto de las
refineras o de la desintegracin del etano o etileno.
Como el polipropileno tiene ungrupo metilo (CH3) ms que el etileno
en su molcula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas
dependiendo de la posicin del grupo metilo pueden tomar cualquiera
de las tresestructuras siguientes:1. Isotctico,cuando los grupos metilo unidos a la cadena estn en
un mismo lado del plano.
2. Sindiotctico, cuando los metilos estn distribuidos en forma
alternada en la cadena.
3. Atctico, cuando los metilos se distribuyen al azar.
Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien
empacadas y producen resinas de altacalidad.
El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer
y microondas ya que tienen una buena resistencia trmica y
elctrica adems de baja absorcin de humedad. Otras
propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasin e
impacto, transparencia, y que no es txico. Asimismo se usa para
fabricar carcazas, juguetes, valijas, jeringas, bateras, tapicera,
http://www.monografias.com/trabajos3/corrosion/corrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos16/contabilidad-mercantil/contabilidad-mercantil.shtml#libroshttp://www.monografias.com/trabajos54/produccion-sistema-economico/produccion-sistema-economico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/comsat/comsat.shtml#DISPOSIThttp://www.monografias.com/trabajos32/juegos-tradicionales/juegos-tradicionales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos32/juegos-tradicionales/juegos-tradicionales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/comsat/comsat.shtml#DISPOSIThttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/produccion-sistema-economico/produccion-sistema-economico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/contabilidad-mercantil/contabilidad-mercantil.shtml#libroshttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos3/corrosion/corrosion.shtml7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
ropa interior y ropa deportiva, alfombras, cables, selladores, partes
automotrices y suelas de zapatos.
b.1.3 Cloruro de polivinilo (PVC)
Este polmero se obtiene polimerizando el cloruro de vinilo.
Existen dos tipos de cloruro de polivinilo, el flexible y el rgido.
Ambos tienen alta resistencia a la abrasin y a los productos
qumicos. Pueden estirarse hasta 4 veces y se suele
copolimerizar con otros monmeros para modificar y mejorar la
calidad de la resina. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas,
sino que se mezclan con diferentes aditivos.El PVC flexible se destina para hacer manteles, cortinas para
bao, muebles, alambres y cables elctricos; El PVC rgido se usa
en la fabricacin de tuberas para riego, juntas, techado y botellas.
b.1.4 Poliestireno (PS)
El poliestireno (ps) es el tercer termoplstico de mayor uso debido
a sus propiedades y a la facilidad de su fabricacin. Posee baja
densidad, estabilidad trmica y bajocosto.El hecho de ser rgido
y quebradizo lo desfavorecen. Estas desventajas pueden
remediarse copolimerizndolo con el acrilonitrilo (ms resistencia
a la tensin).
Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos
defusin.Fluye fcilmente, lo que favorece su uso en el moldeo
por inyeccin; Posee buenas propiedades elctricas, absorbe
pocoagua (buen aislante elctrico), resiste moderadamente a los
qumicos, pero es atacado por loshidrocarburos aromticos y los
clorados. Se comercializa en tres diferentes formas y calidades:
De uso comn, encuentra sus principales aplicaciones en
losmercados de inyeccin y moldeo.
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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Poliestireno de impacto (alto, medio y bajo) que sustituye al de
uso general cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para
fabricar electrodomsticos, juguetes y muebles.
Expandible se emplea en la fabricacin de espuma de poliestireno
que se utiliza en la produccin de accesorios para la industria de
empaques y aislamientos.
Los usos ms comunes son:
Poliestireno de medio impacto: Vasos, cubiertos y platos
descartables, empaques, juguetes.
Poliestireno de alto impacto: Electrodomsticos (radios, TV,
licuadoras, telfonos lavadoras), tacos para zapatos, juguetes.
Poliestireno cristal: piezas para cassettes, envases
desechables, juguetes, electrodomsticos, difusores de luz,
plafones.
Poliestireno Expandible: envases trmicos, construccin
(aislamientos, tableros de cancelera, plafones, casetones, etc.).
b.1.5 Estireno-acrilonitrilo (SAN)
Este copolmero tiene mejor resistencia qumica y trmica, as
como mayor rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es
transparente por lo que se usa en artculos que no requieren
claridad ptica.Algunas de sus aplicaciones son la fabricacin
de artculos para el hogar.
b.1.6 Copolmero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
Estos polmeros son plsticos duros con alta resistencia
mecnica, de los pocos termoplsticos que combinan la
resistencia con la dureza. Se pueden usan en aleaciones con
otros plsticos. As por ejemplo, el ABS con el PVC nos da
unplstico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar
http://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtml7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
amplio uso en la construccin de televisores. Sus cualidades son
una baja temperatura de ablandamiento, baja resistencia
ambiental y baja resistencia a los agentes qumicos.
C. CRISTALIZACIN DE POLMEROS
La velocidad de cristalizacin de los polmeros depende de factores
cintico que afectan la capacidad de los segmentos de cadena, para
acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina. Esos factores
son:
1. Flexibilidad de las molculas.
Para que un polmero cristalice, sus molculas deben tener suficiente
elasticidad, es decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones
precisas durante el proceso de cristalizacin. Uno de los polmeros con
cadenas ms flexibles es el polietileno, cuyos segmentos giran
fcilmente y eso explica la gran tendencia a cristalizar.
Para apreciar esto, usaremos una proyeccin en la que imaginamos ver
un segmento de dos carbonos, a lo largo del eje mayor de la cadena.
Cuando los tomos de carbono giran, llegan a quedar eclipsados y en
esa posicin, la repulsin entre ellos es mxima.
Cuanto mayor es el tamao de los tomos o grupos qumicos y mayor
es su polaridad, ms fuerte es la repulsin, ms se dificulta el giro y
menos flexible es la molcula. En el polietileno todos los sustituyentes
son tomos de hidrgenos y aunque desde luego se repelen, su tamao
es pequeo y las molculas de polietileno son bastante flexibles, lo cual
le permite cristalizar con facilidad, especialmente cuando no tienen
ramificaciones, como en el caso del polietileno d alta densidad. En
cambio, en el policloruro de vinilo, uno de los sustituyentes es
cloro,tomo de gran tamao y alta polaridad. La resistencia al giro de
los segmentos es muy grande, y el PVC es un polmero rgido con grado
de cristalinidad que rara vez sobrepasa el 20%.
http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Estructuras qumicas que influyen sobre las cadenas
polimricas.
Enlaces dobles. Los enlaces unidos por la doble ligadura no pueden
girar, pero en cambio los segmentos de cadena que le siguen gozan de
gran movilidad, precisamente porque los carbonos del doble enlace tienen
un sustituyente menos, que si se trata de enlaces sencillos.
Grupos aromticos. Los anillo bencnicos producen rigidez en las
molculas y a veces evitan la cristalizacin y en otros casos la reducen.El polietileno atctico, por ejemplo es completamente amorfo. Esto no
necesariamente es un defecto. Cuando se desea transparencia en un
polmero, se selecciona uno amorfo, y el poliestireno tiene precisamente
esta cualidad. Las cualidades de alta polaridad y alta cristalinidad son
esenciales para que un polmero forme buenas fibras. Slo as tendr la
resistencia tnsil que se requiere.
Grupos alquilos. Los grupos metlicos del propileno, estorban mucho
para el giro de los segmentos y obligan a la molcula a tomar una forma
helicoidal, en la que se minimizan las interacciones de estos grupos
metilos con otros tomos de la molcula de polipropileno. La
consecuencia es una densidad muy baja (0,91) por el espacio libre que
queda dentro de la hlice.
Si los grupos alqulicos son de mayor tamao, las molculas adyacentes
se separan, dejando entre ellas mayor volumen libre y los polmeros se
vuelven ms flexibles, con menor temperatura de fusin y bajas
densidades.
Pero cuando esas cadenas laterales alcanzan longitudes considerables,
con 10 a 12 tomos de carbono, y no tienen ramificaciones, vuelve a ser
posible la cristalizacin por el ordenamiento de esas cadenas, ya sea
dentro de la propia molcula o entre molculas adyacentes.
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2.Condiciones de la recristalizacin.
El efecto de la temperatura sobre la cristalizacin de los polmeros es
conflictivo. Por una parte, se requieren temperaturas altas para impartir a
las molculas polimricas suficiente energa cintica (movilidad) y que
puedan acomodarse en la red cristalina. Pero slo a bajas temperaturas
van a permanecer en forma estable en los cristales.
El balance entre esas dos condiciones produce una velocidad mxima de
cristalizacin a una temperatura intermedia.
D. ESTRUCTURA DE LOS POLMEROS.
Los polmeros pueden tener tres tipos de estructuras:
1. Estructuras Lineales.- Las molculas forman cadenas lineales. Se
forman cuando las molculas (monmeros) son nicamente
bifuncionales. La polimerizacin puede ser por adicin o por
condensacin. Este es el caso de los termoplsticos.
2. Estructura de red (amorfas).- Las molculas forman redes
tridimensionales. Se forman cuando las molculas (monmeros) son
trifuncionales o mayores La polimerizacin puede ser por adicin o por
condensacin. Este es el caso de los termoestables.
3. Estructuras cristalinas.- Se produce cuando las cadenas lineales
adquieren un ordenamiento. La estructura cristalina es importante porque
los polmeros lineales se vuelven ms firmes y fuertes. Los polmeros
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cristalinos tienen mayores densidades y mejores propiedades mecnicas
que los polmeros amorfos (cadenas en desorden).
E. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES POLMEROS TERMOPLSTICOS.
Existen varias formas para modificar y controlar las propiedades de los
polmeros termoplsticos:
Grado de polimerizacin. A mayor grado de polimerizacin mayor
temperatura de fusin y mejores propiedades mecnicas.
Tipos de monmeros. Los tomos ms grandes, como el Cl y los
grupos de tomos, como los grupos metilo o benceno interfieren en el
deslizamiento de las cadenas cuando se aplica un esfuerzo,
incrementndose as la resistencia mecnica y el punto de fusin del
polmero.
Ramificacin. Se produce debido a la adicin de un agente que
remueve algunos tomos de hidrgeno de la parte lateral de una
cadena, a fin de que puedan producirse ramificaciones en estos puntos.
Esta modificacin se lleva a cabo en un polmero lineal.
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Uniones cruzadas. Se produce cuando dos cadenas se enlazan
mediante algn elemento especial. Ejemplo: En la vulcanizacin, las
cadenas de caucho isopreno se unen mediante tomos de azufre, paraobtener dureza y tenacidad que requiere el caucho para muchas
aplicaciones.
Escisin de anillos.Se produce cuando dos molculas se unen a una
tercera cuando se rompen los anillos. Ejemplo: Dos molculas del
grupo epxido se unen cuando un anillo se rompe por combinacin conun reactivo que promueve el enlace.
Localizacin de los grupos de tomos.Mediante un control de la
simetra o la distribucin de los grupos o elementos determinados en
los lados de la cadena se pueden variar las propiedades de un
polmero.Estructuras del polipropileno: (a) Atctica (grupos al azar), (b) isotctica (al
mismo lado) y (c) sindiotctica (lados opuestos)
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Otras configuraciones importantes son: la estructura trans de la
gutapercha, los CH3 y los H estn en lados opuestos del doble enlace,
dando una cadena de carbono relativamente recta. En el caucho laestructura cis, la cadena se curva, lo cual conduce una molcula
helicoidal parecida a un resorte
Polmeros termoplsticos:
Polietileno (PE).Se obtiene de la polimerizacin del etileno. Hay dos
tipos: Polietileno de baja densidad (LDPE).
Estructura de cadenas ramificadas (menor rigidez y resistencia
trmica) Polietileno de alta densidad (HDPE). Estructura de cadena
lineal (mayor)
Presentan tenacidad, absorcin de humedad cercana a cero, excelente
resistencia qumica, aislante elctrico, bajo coeficiente de friccin y
facilidad de procesamiento. Aplicaciones. Contenedores, artculos del
hogar, botellas y pelculas para empaquetamientos.
Policloruro de vinilo (PVC). Se obtiene de la polimerizacin del
Policloruro de vinilo.
Estructura y propiedades:Material de estructura amorfa debido a la
presencia de los tomos de Cl en la cadena principal. Resistencia a la
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llama, buena temperatura de deflexin por calor, aislante elctrico y alta
resistencia qumica.
Aplicaciones: Tuberas y conexiones para usos hidrulicos y
sanitarios, tuberas conduit para cableado elctrico, moldeado de
interiores y decoracin.
Poliestireno (PS).Se obtiene de la polimerizacin del estireno.
Estructura y propiedades:Material de estructura amorfa debido
a la presencia del anillo fenileno en la cadena principal. Aislante
elctrico y quebradizo al impacto.
Aplicaciones: Recubrimiento de interiores de automviles,
electrodomsticos, discos, manillares y utensilios de cocina.
Polipropileno (PP).Se obtiene de la polimerizacin del propileno.
Estructura y propiedades:Material de estructura amorfa debido
a la presencia de un grupo metilo en la cadena principal. Rigidez,
excelente resistencia qumica y aislante elctrico.Aplicaciones:Obturadores, partes de automvil, productos para
el hogar, electrodomsticos, embalajes, utensilios de laboratorio y
varios tipos de botellas.
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Poliacrilonitrilo:Se obtiene de la polimerizacin del acrilonitrilo.
Estructura y propiedades: Alta electronegatividad del grupo
nitrilo. Estructuras extensibles, rgidas y con forma de varilla.Resistencia y estabilidad qumica.
Aplicaciones:Fibras como lana en jerseys y mantas.
ABS:Se obtiene de la copolimerizacin del acrilonitrilo, butadieno
y estireno.
Estructura y propiedades:Una mezcla de un copolmero vtreo
(estireno-acrilonitrilo) y dominios de goma (butadieno). Buena
resistencia al impacto y qumica.
Aplicaciones: Tuberas y herramientas, particularmente en las
tuberas de drenaje-desage-ventilacin de los edificios.
Recubrimientos de puertas e interiores de frigorficos, mquinas de
oficina, carcasas y cubiertas de computadores.
Polimetacrilato de metilo (PMMA plexiglas o lucite):Se obtiene
de la polimerizacin del metacrilato de metilo.
Estructura y propiedades. Completamente amorfa dotada de
una alta transparencia a la luz. Buena resistencia qumica, a la
intemperie y aislamiento elctrico.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
Aplicaciones.Cristales de aviones, embarcaciones, claraboyas,
iluminacin exterior y seales publicitarias.
Politetrafluoroetileno (PTFE Tefln): Se obtiene de la
polimerizacin del gas tetrafluoroetileno.
Estructura y propiedades. Es un polmero cristalino de alta
densidad. Resistencia excepcional a los productos qumicos y altas
temperaturas (hasta 260o C).
Aplicacin. Tuberas resistentes a reactivos qumicos,
aislamiento de cables a altas temperaturas y recubrimientos
antiadherentes, juntas, anillos de estancamiento y cojinetes.
Policlorotrifluoroetileno (CTFE):
Estructura y propiedades.La presencia del cloro le hace menos
cristalino y ms moldeable. Presenta mayor rigidez y resistencia
mecnica que el PTFE.
Aplicaciones:Camisas para cables, formas para bobinas, tunerasy partes para bombas, diafragmas de vlvulas y otros elementos
industriales para procesos corrosivos.
Poliamidas (nylon): Se produce mediante polimerizacin por
condensacin.
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Estructura y propiedades.La cadena incorpora un grupo amida.
Son procesados por fusin, ofrecen capacidad de soporte de carga
a elevadas temperaturas, buena tenacidad, baja friccin y buena
resistencia qumica.
Aplicacin.Cojinetes no lubricados, engranajes, soportes, bujes,
sellos, piezas antifriccin, piezas mecnicas sujetas a altas
temperaturas y cargas de impacto.
Las aramidas pertenecen a una familia de nailones, incluyendo elNomex y el Kevlar. El Kevlar se utiliza para hacer chalecos a
prueba de balas y neumticos resistentes a las pinchaduras. Las
mezclas de Nomex y de Kevlar se utilizan para hacer ropas
antiflama, motivo por el que lo emplean los bomberos. El Kevlar es
una poliamida, en la cual todos los grupos amida estn separados
por grupos para-fenileno. Es decir, los grupos amida se unen al
anillo fenilo en posiciones opuestas entre s, en los carbonos 1 y 4.El Kevlar es un polmero altamente cristalino. Llev tiempo
encontrar una aplicacin til para el Kevlar, dado que no era soluble
en ningn solvente.
F. APLICACIONES.
Los polmerosse utilizan en un nmero sorprendente de aplicaciones,
incluyendo juguetes, aparatos domsticos, elementos estructurales yde decorativos, recubrimiento, adhesivos, llantas de automvil y
empaques.
El polietileno se usa para producir pelculas para empaque,
aislamiento de conductores, botellas blandas, recubrimiento de
extrusin, cortinas, manteles, cubiertas para la construccin,
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estanques, invernaderos, bolsas de basura, tuberas y elementos
caseros.
El cloruro de polivinilo o ms conocido como el PVCse utiliza para
fabricar tuberas, vlvulas, coples, loseta de piso, aislamiento para
conductores, y techos de vinil para automviles.
El polipropilenose utiliza para la fabricacin de tanques, aplicacin
en el moldeo por inyeccin de piezas de electrodomsticos, utensilios
pequeos, piezas de automviles, fibras para alfombras, cuerdas y
empaques.
El poliestirenose utiliza para la fabricacin de empaques y espumas
aislantes, paneles de iluminacin, copolmeros resistentes al calor y al
impacto, piezas pticas de plstico, juguetes, componentes de
aparatos y rejas para huevos.
El poliacrilonitrilo (PAN) se utiliza para la fabricacin de fibras
textiles, precursor para fibras de carbn y recipientes de alimento.
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ESTRUCTURAS: CERMICAS, POLIMRICAS Y SEMICONDUCTORAS
III. ESTRUCTURAS SEMICONDUCTORAS
Unsemiconductor
es unasustancia que se comporta comoconductor o como
aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre.
Los elementos qumicos semiconductores de latabla peridica se indican en la
tabla adjunta.
El elemento semiconductor ms usado es el silicio, aunque idntico
comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III
con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd
y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear tambin el azufre. La
caracterstica comn a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio
unaconfiguracin electrnica sp.
A. SEMICONDUCTORES INTRNSECOS: ESTRUCTURA CRISTALINA.
En los semiconductores ms usuales, silicio y germanio, su estructura
cristalina (disposicin atmica que se repite peridicamente en tres
dimensiones) es la que aparece reflejada en la Figura 1.4a y se denominaestructura diamantina.
Figura 1.4.- (a) Celda unitaria en la estructura diamante. (b)Ampliacin del
vrtice inferior.
http://es.wikipedia.org/wiki/Sustanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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Para comprenderla, hay que tener en cuenta que tanto el Si como el Ge
poseen 4 electrones de valencia, esto es, 4 electrones externos. Pues
bien, en la estructura diamantina, cada tomo est rodeado de 4 tomos
vecinos y, adems, cada tomo tiende a compartir uno de sus cuatro
electrones de valencia con cada uno de los cuatro tomos vecinos de los
que toma otro electrn en proceso anlogo (Figura 1.4b). Las barras de
conexin de la Figura pueden considerarse como pistas a lo largo de cada
una de las cuales se mueven dos electrones en uno y otro sentido entre
los tomos asociados. Esta disposicin de pares de electrones
compartidos entre tomos vecinos es lo que se denomina enlace
covalente.
La Figura 1.5 es una representacin en dos dimensiones de la estructura
diamantina para un semiconductor puro (sin defectos ni elementos
extraos) a una temperatura muy baja, esto es, cuando todos los
electrones de valencia permanecen ligados en los enlaces covalentes no
disponindose, por lo tanto, de cargas libres que puedan moverse por elcristal bajo la presencia de un campo elctrico externo aplicado. En este
caso, el material se comporta como un aislante.
Figura 1.5.- Representacin bidimensional de un cristal de silicio a bajas
temperaturas.
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Sin embargo, a temperaturas superiores, la vibracin trmica de los
tomos de la red cristalina da lugar a sacudidas en las que se rompen
algunos enlaces covalentes disponindose, en tal caso, de cargas libresque pueden moverse por todo el cristal. Esta situacin queda reflejada en
la Figura 1.6. La energa necesaria para romper un enlace covalente ha
de ser igual o mayor que EG (el significado fsico de este parmetro
energtico lo veremos posteriormente en el modelo de las bandas de
energa). EG es, en esencia, una energa de ionizacin, pero mucho
menor que las energas de ionizacin de los tomos aislados ya que
muchos tomos del cristal influyen sobre el movimiento de cada electrnligado. Algunos datos: EG (Si) 1,12 eV y EG (Ge) 0,7 eV a Ta = 300
K. La peculiaridad ms destacable de la vacante dejada en el enlace
covalente es que se comporta como si fuera una nueva partcula libre de
carga positiva +q (q =1,610-19 C) y de masa comparable a la del electrn.
Esta partcula aparente recibe el nombre de hueco.
Figura 1.6.-. Cristal de silicio con un enlace covalente roto.
El mecanismo por el cual los huecos contribuyen a la conduccin de
corriente elctrica puede explicarse cualitativamente como sigue: cuando
un enlace est incompleto, de forma que hay un hueco, es relativamente
fcil que un electrn ligado de un tomo vecino abandone el enlace
covalente para llenar el hueco. Un electrn que deja su enlace para llenar
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un hueco deja, a su vez, otro hueco en su posicin inicial. Por tanto, el
hueco se mueve efectivamente en direccin contraria al electrn ligado.
Es decir, el movimiento del hueco puede considerarse como la
transferencia de la ionizacin de un tomo a otro efectuada por el
movimiento de los electrones ligados entre sus enlaces covalentes. El
electrn liberado inicialmente por la vibracin trmica no interviene en este
proceso y puede desplazarse de manera totalmente independiente. Se ha
convertido en un electrn de conduccin. Por lo tanto, en un
semiconductor intrnseco (entendiendo como tal un semiconductor en el
que los tomos extraos se encuentran en una proporcin no mayor de
un tomo por cada 109 tomos del propio semiconductor) los electrones
de conduccin y los huecos se encuentran siempre en igual nmero, ya
que al romper un enlace covalente se crean simultneamente un electrn
de conduccin y un hueco que pueden moverse con independencia uno
del otro.
B. SEMICONDUCTORES EXTRNSECOS. IMPUREZAS DONADORAS Y
ACEPTADORAS.
Puesto que los semiconductores intrnsecos presentan el mismo nmero
de electrones de conduccin que de huecos, no son lo suficientemente
flexibles para la mayor parte de las aplicaciones prcticas de los
semiconductores. Para aumentar el nmero de portadores, el
procedimiento ms comn consiste en introducir, de manera controlada,
una cierta cantidad de tomos de impureza obtenindose lo que sedenomina semiconductor extrnseco o dopado. En ellos, la conduccin de
corriente elctrica tiene lugar, preferentemente, por uno de los dos tipos
de portadores.
b.1 Semiconductor de tipo n. Impurezas donadoras.En la Figura 1.8
aparece reflejada la estructura de un cristal de Si que resulta cuando se
ha sustituido uno de sus tomos por otro que posee cinco electrones de
valencia. Dicho tomo encajar sin mayores dificultades en la red
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cristalina del Si. Cuatro de sus cinco electrones de valencia completarn
la estructura de enlaces, quedando el quinto electrn dbilmente ligado al
tomo. A temperatura ambiente e incluso inferiores, este electrn se libera
con facilidad y puede entonces moverse por la red cristalina, por lo que
constituye un portador. Es importante sealar que, cuando se libera este
electrn, en la estructura de enlaces no queda ninguna vacante en la que
pueda caer otro electrn ligado. A estos elementos que tienen la
propiedad de ceder electrones libres sin crear huecos al mismo tiempo se
les denomina donantes o impurezas donadoras y se dice que hacen al
semiconductor de tipo n porque a dicha temperatura tenemos muchos
ms electrones (portadores negativos) que huecos. Indudablemente,
siempre tendremos algunos huecos debido a los enlaces covalentes rotos
a dicha temperatura. Es decir, en un semiconductor tipo n, los electrones
de conduccin son los portadores mayoritarios (aunque no exclusivos).
Figura 1.8.-. Red de cristal con un tomo de silicio desplazado por un
tomo impurificador pentavalente
b.2 Semiconductor de tipo p. Impurezas aceptadoras. Un
razonamiento similar se puede hacer cuando sustituimos un tomo de Si
por otro que tenga tres electrones de valencia (ver Figura 1.9). Dicho
tomo no completa la estructura de enlaces: de ah que a temperatura
ambiente e incluso inferiores un electrn ligado de un tomo vecino pase
fcilmente a ocupar dicha vacante completando, de esta forma, la
estructura de enlaces y creando al mismo tiempo un hueco. A estos
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elementos que tienen predisposicin para aceptar electrones ligados se
les conoce con el nombre de aceptadores o impurezas aceptadoras y se
dice que hacen al material de tipo p ya que ste conduce
fundamentalmente, aunque no de forma exclusiva, mediante los huecos
cargados positivamente. Por lo tanto, en un semiconductor de tipo p, los
huecos son los portadores mayoritarios y los electrones los minoritarios,
es decir, siempre existen unos pocos electrones que proceden de la rotura
estadstica de enlaces covalentes a dicha temperatura.
Figura 1.9.- Red de cristal con un tomo de silicio desplazado por un
tomo impurificador trivalente.
Entre los donantes ms corrientes para el Si se encuentran el fsforo, el
arsnico o el antimonio, siendo el fsforo el ms comn (ver Figura 1.10).
Entre los aceptadores habituales para el Si se encuentran el boro, el galio,
el indio o el aluminio, siendo el boro el ms comn (Figura 1.10).
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Finalmente, es de sealar, que cuando el tomo donador (o aceptador)
cede (o admite) electrones queda cargado positivamente (onegativamente). Sin embargo, el in correspondiente tiene su estructura
de enlaces completa. Es una carga fija que no puede contribuir a la
conduccin de corriente elctrica.
C. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES:
Material slido o lquido capaz de conducir la electricidad mejor que
un aislante, pero peor que un metal. La conductividad elctrica, que
es la capacidad de conducir la corriente elctrica cuando se aplica una
diferencia de potencial, es una de las propiedades fsicas ms
importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son
excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el
diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy
bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes.
Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o enpresencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede
aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos
a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se
estudian en la fsica del estado slido.
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IV. CONCLUSIONES
Gracias al trabajo realizado pudimos concluir que:
El trabajo realizado nos ayuda a comprender la clasificacin de
los materiales lo cual nos ser til algn da en el sitio donde
lleguemos a laborar ya que identificaremos con mayor facilidad y
entenderemos que son los materiales, como es su estructura,
como se clasifican y cules son sus caractersticas.
Cermicos.Tienen baja conductividad elctrica y trmica y son
usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque
frgiles y quebradizos. Nuevastcnicas de procesos consiguen
que los cermicos sean lo suficientemente resistentes a la
fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga.
Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo,
elvidrio,la porcelana, los refractarios y los abrasivos.
Polmeros.Son grandes estructuras moleculares creadas a partir
de molculas orgnicas. Tienen baja conductividad elctrica y
trmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a
temperaturas elevadas.
Los polmeros termoplsticos, en los que las cadenas
moleculares no estn conectadas de manera rgida, tienen buenaductibilidad y conformabilidad; en cambio, los polmeros
termoestables son ms resistentes, a pesar de que sus cadenas
moleculares fuertemente enlazadas los hacen ms frgiles.
Tienen mltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos
electrnicos.
Semiconductores.Su conductividad elctrica puede controlarse
para su uso en dispositivos electrnicos. Son muy frgiles.
http://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtml7/24/2019 Estructuras cermicas, polimricas y semiconductoras.pdf
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V. BIBLIOGRAFA
http://html.rincondelvago.com/semiconductores.html http://www.escet.urjc.es/~ihierro/estructuradelamateria/Tema%209.pdf http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_
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