Propiedades mecanicas de nanoparticulas

Propiedades estructurales y mecánicas de nanoparticulas.

Sergio Saúl Bonilla Luna, Dr. Martín Salazar Villanueva
Facultad de Ingeniería – BUAP

Resumen.

Este trabajo consiste primero en comprender la teoría básica que se debe de tener para poder hacer el análisis estructural de diferentes compuestos químicos como el Actinio, Plata, Oro y Cobre. Para poder obtener la energía total de loselementos y la optimización de su geometría a través de la metodología de mecánica molecular bajo el codigo de foce Tools como un modulo de materials studio, para que al final se obtenga un diagrama de número de átomos con energía para comparar entre ellos.

Introducción.

Para la aplicación en distinto campo, ingeniería, medicina, química, etc., necesitamos conocer las propiedades mecánicasde los distintos materiales que nos ofrece la naturaleza para poder saber hasta dónde y cómo podemos llegar a utilizar el material y que nuevos beneficios nos va a entregar.

Clasificación de los materiales [1].

Los materiales sólidos se clasifican en 3 grandes grupos: metales, cerámicas y polímeros.
-Metales. Tienen gran número de electrones deslocalizados que no pertenecen a ningún átomo enconcreto. Poseen la capacidad de transmitir calor y electricidad, son muy dúctiles.
-Cerámicas. Son compuestos químicos constituidos por metales y no metales que incluye minerales como el cemento, la arcilla y el vidrio. Desde el punto de vista mecánico con duras y muy frágiles.
-Polímeros. Son compuestos orgánicos compuestos por carbón, Hidrógeno y otros elementos no metálicos, caracterizadospor la gran longitud de las estructuras moleculares. Van desde los plásticos hasta los cauchos.

Conceptos fundamentales.

-Celda unitaria. Es cada una de las divisiones de un arreglo cristalino.
-Ductilidad- Es la medida de grado de deformación plástica que puede soportar hasta la fractura.
-Resistencia a la Tracción. Es la tensión en el máximo del diagrama tensión-deformación nominal.-Deformación por compresión, cizalladura y torsional. El comportamiento tensión-deformación resultante en la región plástica será similar al caso de tracción
-Dureza. Es una medida de la resistencia de un material a la deformación plástica localizada.

Variabilidad de las propiedades de los materiales.

Es importante tratar una cuestión que crea confusiones a estudiantes de ingeniería, como esel hecho de que las propiedades de los materiales no tienen valores exactos. Lo más probable es que nos encontremos que la curva de tracción es distinta a las de los demás. Esto genera a una variedad de valores de los módulos de elasticidad, límites elásticos y resistencia a la tracción. Existen muchos factores que contribuyen a esta variación, entre ellos el método de ensayo, la fabricación de laprobeta, la acción del operador y el equipo de calibración del aparato de medida. Además dentro del mismo material surgen diferentes inhomogeniedades y diversas diferencias de un lote a otro. Por lo tanto se deben de tomar medidas para que estas variaciones sean mínimas, así como para mitigar aquellos factores que generan estas variaciones.

Obtención del diagrama Energía-Número de átomos.Para iniciar tomamos 4 elementos químicos: Actinio, Plata, Oro y Cobre, un elemento de transición (Actinio) y los otros tres que son metales preciosos (Plata, Oro, Cobre).
Conociendo las distintas geometrías platónicas se comenzó a formar cúmulos de estos 4 elementos haciendo uso de la computadora y el software “Material Studio” haciendo formas hexaédricas, icosaédricas e icosaédricas de 19 átomos.En la computadora, utilizando el software “Material Studio”, primero analicé la estabilidad de los diferentes campos de fuerza que tienen los elementos químicos que hemos estado usando (Ac, Ag, Au y Cu) utilizando formas cúbicas centradas en la cara (FCC), utilizando distintos algoritmos y se compararon los resultados que arrojó la computadora que se muestran en la siguiente tabla:

Actinio...