Cuasicristales

Republica Bolivariana de Venezuela

Escuela de Petróleo

Geología general

Núcleo Monagas

CUASICRISTALES

Prof: Juan Francisco Peraza

Integrantes:Luis Rodríguez 23533298 Jesús barrios 20908914 Jhon Rodríguez 82264508 Niobe Reyna 23895892 Stefani Alcala 22970800 Luis Rondón 23917035

HISTORIA DE LOS CUASICRISTALES

La historia de los cuasicristales comienza en el año 1982 en que el científico Dan Shechtman descubre el primer cuasicristal

Otros descubrimientos con simetrías rotacionales de 8, 10 y 12 aristas fueron encontradas pronto después por los Sres. Ranganathan, Bendersky, Nissen, Kuo, y sus colaboradores. Estas aleaciones eran metaestables y habían sido transformadas mediante tratamientos de calor sobre las mezclas cristalinas en equilibrio de fases. Otros cuasicristales que han sido descubiertos son las aleaciones de: Al-Li-Cu, Al-Fe-Cu, Al-Ni-Co, el Al-Cu-Co y Al-Pd-Mn.

CONCEPTO

Los cuasicristales, o solidos cuasiperiodicos, crecidos por vez primera por el grupo dan Shechtman del National Bureau of Standards en 1984, exhiben simetrias icosaedrica o decagonal9 que no presentan los solidos cristalinos. Por lo tanto, su estructura cristalina no es periódica, es decir, no se puede construir mediante la repetición de una celda unidad. El método tradicional para su crecimiento se basa en el enfriamiento rápido de metales fundidos, de manera que los átomos no tienen tiempo de acceder a las posiciones de equilibrio correspondiente a los solidos cristalinos.

CARACTERÍSTICAS • Los cuasicristales son materiales con orden de largo alcance perfecto, pero sin

periodicidad de translación tridimensional. El primero se manifiesta en la ocurrencia de los puntos sostenidos de la difracción y el último, en la presencia de una simetría rotatoria no cristalográfica.

• Los cuasicristales son a menudo aleaciones intermetálicas binarias o ternarias con aluminio como uno de los componentes.

TIPOS:

• 1-)Cuasicristales de una Dimensión:

Un modelo simple, de 1 dimensión permite demostrar, de una manera completa y clara, muchas peculiaridades de las estructuras cuasicristalinas, las cuales existen en 2 o 3 dimensiones. Un cuasicristal de una dimensión puede ser descrito por una proyección en el eje X II de los puntos de una red cuadrada de 2 dimensiones que caen dentro de una banda (" tira ") que tiene una pendiente irracional en sus líneas. La pendiente de la banda medida con respecto al eje X 2 iguala la razón áurea = (1 + 5)/2 = 1,618034 y el ancho de la franja corresponde a la talla de la celda unitaria de la red. Después de la proyección (mostrada para un caso solamente) sobre el eje X II, aparece una secuencia cuasiperiódica de las secciones lineares largas y cortas A y B que forma la secuencia de Fibonacci.

Las secuencias mostradas en la figura Nº1 tienen centros de inversión. La estructura 1 tiene en el punto XII =0 un centro de inversión en el sentido de la cristalografía tradicional (esto es porque el centro de la tira 1 coincide con el punto (0,0)). Evidentemente cada centro de inversión verdadero debe desaparecer después de una rotación fasónica infinitesimal de la tira, y las secuencias cuasicristalinas generalmente tienen un número infinito de centros de inversión, en el mismo sentido que en el caso de las traslaciones.

• 2-)Cuasicristales de dos dimensiones :

En comparación con los cuasicristales de una dimensión, en un espacio de 2 dimensiones solamente se agrega la posibilidad de tener la rotación de elementos de simetría. Esto es la existencia de rotación de ejes no cristalográficos en casos de 2 dimensiones y 3 dimensiones, sin embargo, es más inesperado desde el punto de vista de la cristalografía tradicional. En cuasicristales de 2 dimensiones cualquier rotación de ejes de simetría puede existir; un ejemplo de red cristalina de 2 dimensiones (teselas de Penrose

En el presente no hay una teoría evidentemente completa de los grupos posibles del espacio de simetría en cuasicristales de 2 dimensiones, pero Rokhsar y sus compañeros de trabajo desarrollaron una clasificación de las redes cuasicristalinas de 2 dimensiones (análogos a las redes de Bravais de 2 dimensiones) y los grupos correspondientes del espacio de 2 dimensiones con prácticamente todos los pedidos de los ejes de rotación.

• Cuasicristales de 3 dimensiones. :

Es razonable distinguir cuasicristales, como está siendo el caso de 2 dimensiones, desde la multiplicidad entera de estructuras cuasiperiódicas.

En el caso de cuasicristales de 3 dimensiones estos tienen cierta estructura monoaxial con 5- , 7- o más vértices de ejes y pueden ser descritos como varias piezas de pilas de cristales de 2 dimensiones, o puntos del grupo icosahédrico. El caso más reciente es el más interesante y es desarrollado en un gran número de publicaciones. Este es el caso que se verá a continuación.

Estos grupos no son cristalográficos y debido a su largo rango el grupo de puntos puede ser sólo cuasiperiódicos.

Debemos notar que en cuasicristales de 2 y 3 dimensiones existe un orden de orientación de largo alcance rígido. Esto es definido en una orientación similar de los elementos en la estructura geométrica como los rombos de Penrose que llenan el espacio de 2 dimensiones o los rombohédricos en espacios de 3 dimensiones.

ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA DE LOS CUASICRISTALES:

• Desde el punto de vista experimental, los métodos de investigación de cuasicristales son los mismos usados para el estudio de los cristales comunes. La difracción del electrón, es usado para determinar la simetría de los cuasicristales, su deformación y defectos. Los rayos X y la difracción del neutrón son usados para determinar las coordenadas atómicas, las cuales sólo son posibles de obtener sólo después de tener cuasicristales perfectos.

• Actualmente los tres acercamientos, basados en el concepto de seudoperiodicidad, que esta mutuamente contemplado en el uso de la definición y modelamiento de estructuras de aleaciones de cuasicristales. El más simple consiste en adornar con los átomos esos elementos geométricos que formen las redes de Penrose

PROPIEDADES DE LOS CUASICRISTALES:• Propiedades Mecánicas:

Científicos han estudiado las propiedades mecánicas de materiales cuasicristalinos desde hace algún tiempo. Sin embargo la dificultad en la obtención de material de calidad razonable produjo dificultades en la investigación sistemática. El progreso en la preparación de materiales en años recientes ha activado una nueva actividad en este campo. Además el nuevo ternario y las aleaciones de multicomponentes han demostrado gran promesa para el uso como capas con buena resistencia al uso y bajos coeficientes de fricción corrediza. Sin embargo, todavía no se entienden las razones físicas para estas propiedades y su correlación con la estructura particular de los cuasicristales.

• Propiedades Electrónicas:

La falta de periodicidad en cuasicristales significa la no aplicabilidad teorema de Bloch. Desde que los cuasicristales exhiben un carácter del intermedio entre cristales y amorfo, se espera que las propiedades electrónicas de estos materiales presenten una conducta intermedia entre un cristal y un sólido amorfo, por ejemplo, en la densidad electrónica de estados (DOS) y la localización de estados.

Uno de los intereses de las investigaciones es la investigación del origen del hueco central en el espectro electrónico del enrejado de Penrose. Los resultados de las investigaciones muestran que el hueco es una consecuencia de frustración y el acercamiento de las nuevas investigaciones podrían aplicarse a otros casos como electrón, fonón y espectros de la excitación magnéticos en sólidos desordenados.

• Propiedades Eléctricas:

Cristales de la sal TEA(TCNQ)2 ión radical (trietilamonio - el tetracianoquinodimetano) es un cuasi metal orgánico de una dimensión debido a sus propiedades eléctricas bajo las condiciones normales. Se investigaron la conductibilidad eléctrica y el poder termoeléctrico de TEA(TCNQ)2 bajo presión hidrostática. Fue mostrado que la energía de activación y el poder termoeléctrico no cambiaron bajo presión (sobre 7 x 108 PA) pero bajo las mismas condiciones se aumentó conductibilidad eléctrica 2.8 veces. Las conductibilidades del TEA(TCNQ)2 cristal recristalizado eran iguales a 4, 4x10 -2 y 1x10-3 Ohms-1 cm-1 a lo largo de los lados c, b y un vértice cristalográfico, respectivamente.

• Propiedades térmicas :Los cuasicristales, diferencia de otros materiales cristalinos, tienen propiedades poco comunes. Se caracterizan por tener baja conductividad térmica y baja difusión térmica.

Las propiedades térmicas más relevantes en los cuasicristales son:

• Capacidad calorífica Cp,

• Difusión d

• Densidad

• Expansión.

• Conductividad térmica.

• Efusividad.

Las dos últimas propiedades son importantes para las aplicaciones en capas de superficies, como reforzamiento de materiales blandos.

Los cuasicristales junto con presentar una expansión térmica similar a elementos como el acero, pero menores que el Al, presenta una menor conductividad térmica, lo que los hacen muy importantes para desarrollar aplicaciones de endurecimiento de superficies.

• Efecto efusivo:

El efecto efusivo se define como la posibilidad que tienen ciertos materiales de atenuar procesos de enfriamiento. Para el caso de los cuasicristales la efusividad viene dada por su conductividad térmica.

Estos procesos de enfriamiento generan cambios de forma y aspereza y están determinados por las condiciones iniciales de contacto entre el sólido y el líquido.

METALURGIA DE LOS CUASICRISTALES: ALEACIONES Y PREPARACIÓN

• Cientos de nuevas aleaciones han sido observadas como conforman fases cuasicristalinas. Ahora es claro ver que los cuasicristales no son tan raros como parecía, y en efecto, son bastante comunes. Muchas fases cuasicristalinas son metaestables, pero algunas son estables. El descubrimiento de las aleaciones cuasicristalinas estables ha llevado a desarrollar el entendimiento de las estructuras cuasicristalinas y ha establecido un nuevo grupo de materiales cuasicristalinos.

CUASICRISTALES Y ESTRUCTURAS CUASICRISTALINAS RELACIONADAS

Las fases cuasicristalinas fueron descubiertas por primera vez en la transición metálica de la aleación de aluminio rico en el rango de composición 10-14-at% de Mn. Esa aleación fue preparada por tina fundición templada rápidamente en una rueda rotadora de cobre. El templado de esa aleación desde una fundición, produjo una mezcla de aluminio y fases cuasicristalinas, las cuales fueron de pocos tamaño. Luego, otra clase de fases cuasicristalinas fue descubierta en aleaciones de Mg-Al-Zn.

Los cuasicristales son sólidos cristalinos con simetría icosahedral, Su descubrimiento en 1984 en las aleaciones de Al-Mn realizó Lina eran sorpresa, porque las clásicas leves de cristalografía prohibían la simetría icosahedral en cristales periódicos. Este descubrimiento requirió la existencia de una nueva clase de orden cristalina, la cuasiperiodicidad, que había sido considerada raramente antes, exceptuando por los matemáticos.

SÍNTESIS DE CAPAS DELGADAS CUASICRISTALINAS

Ahora la deposición está dada átomo a átomo y, por lo tanto, otros mecanismos son necesarios para la formación de cuasicristales. En contraste con el templado, los cuasicristales termodinámicamente estables pueden ser formados por difusión del estado sólido a altas temperaturas.

Éste método puede ser utilizado para formar cuasicristales binarios Al-Mn, Al-Fe, Al-Co o Al-Cr, así como en ternarios en la familia de los Al-Cu-Fe.

En la familia Al-Cu-Fe, los cuasicristales son formados por escupido o evaporación en superficies calentadas a temperatura ambiente o menos.

. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La conductividad térmica de los cuasicristales corresponde a un efecto de que tienen las propiedades térmicas de los cuasicristales sobre superficies.

La conductividad se comporta inversamente proporcional con la perfección de las estructuras cristalinas de los cuasicristales, en este sentido los cuasicristales son buenos aisladores mejor que en materiales metálicos tradicionales.

Para explicar el origen de este inesperado comportamiento, hay que considerar que los cuasicristales tienen una estructura con altísima simetría y con forma de icosahedro, de esta forma en ella se encuentran celdas unitarias que tienen estados vibracionales propios. Al tener esta forma la capacidad calorífica es continuamente positiva dependiendo de la temperatura

APLICACIÓN DE LOS CUASICRISTALES :Los materiales cuasiperiodicos tienen ciertas propiedades únicas:

Eléctricas, ópticas, de dureza y antiadherencia. El camino de la luz a través de este material es distinto. Erétricamente, se comportan de una forma muy peculiar dependiendo de la temperatura. Algunas de estas propiedades ya se han empleado

La primera aplicación fueron las capas antiadherentes en sartenes y utensilios de cocina. Si cocinas sobre cuasicristales, tu totilla no se pegara a ellos, igual que con el teflón. Pero, al contrario que con el teflón, si usas un cuchillo sobre la sartén de cuasicristales, estropearas el cuchillo. Si usas un cuchillo con el teflón, estropearas al teflón. El teflón desconchado no es sano.