Defectos en la estructura cristalina
Enviado por JavierSanz • 15 de Noviembre de 2022 • Trabajo • 2.852 Palabras (12 Páginas) • 49 Visitas
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Índice
Índice 1
Objetivo 2
Propiedad eléctrica – electrónica de los materiales. 3
Conductividad en metales 4
Conductividad en cerámicos y polímeros 6
Conductividad en semiconductores 6
Casos de aplicación de estos materiales 7
Conclusión 8
Objetivo
¿Qué se entiende por defecto?, según la RAE se puede definir como la carencia de alguna cualidad propia de algo o la imperfección en algo. Pero no siempre un defecto es sinónimo de que algo esté mal o de que algo no nos pueda servir.
La importancia del estudio de las propiedades eléctricas y electrónicas de los materiales es muy importante. Sólo con fijarnos en todo lo que nos rodea cada día podemos ver la magnitud del campo de aplicación: tendidos eléctricos, generadores, motores eléctricos, electrodomésticos, equipos informáticos, etc.
Por ello los defectos en las estructuras cristalinas no hay que tomarlos como una desventaja de unos materiales frente a otros, sino como una gran ventaja que nos hace poder tener una infinidad de materiales cada uno específico para el trabajo que va a desempeñar su función.
En este trabajo nos vamos a centrar exclusivamente en las propiedades eléctricas y electrónicas que tienen los materiales, y cómo pueden verse afectadas estas por las distintas imperfecciones que puede tener la estructura que componen los materiales.
Estos defectos en las estructuras cristalinas no sólo pueden aparecer de forma natural durante la solidificación del material, sino que podemos alterar esa serie de defectos para poder obtener el material más idóneo para nuestra aplicación concreta.
Gracias a estas imperfecciones o defectos vamos a encontrar una clasificación de materiales atendiendo a sus propiedades eléctricas y electrónicas; conductores, semiconductores y aislantes.
Vamos a dar las nociones básicas de lo que se considera que es la propiedad eléctrica de un material.
Repasaremos los diferentes tipos de materiales y como les afectan los defectos a sus propiedades eléctricas-electrónicas.
Diferentes casos de aplicación de estos materiales y como nos han cambiado el modelo de producción de muchos equipos.
Y por último una pequeña conclusión sobre los materiales y su evolución a lo largo de los años.
Propiedad eléctrica – electrónica de los materiales.
La propiedad eléctrica de un material determina el comportamiento de dicho material al pasar por él la corriente eléctrica. La conductividad eléctrica se debe al desplazamiento de cargas eléctricas a través de un material y pude tener distintos orígenes.
- Movimiento de electrones
- Movimiento de iones.
En función de sus propiedades eléctricas los materiales se clasifican en:
- Conductores; permiten fácilmente el paso de la corriente eléctrica a través de ellos.
- Semiconductores; permiten el paso de la corriente eléctrica en determinadas condiciones.
- Superconductores; la resistencia del material al paso de la corriente es casi nula.
- Aislantes; no permiten fácilmente el paso de la corriente eléctrica.
Entonces podemos afirmar que la propiedad eléctrica de un material va a estar relacionado con el posible movimiento de electrones e iones dentro de la estructura cristalina del material.
El estudio de la conductividad en los materiales se puede explicar de la forma clásica o según la teoría de bandas.
La teoría de bandas está basada en la mecánica cuántica y procede de la teoría de los orbitales moleculares. En esta teoría se considera el enlace metálico como un caso extremo del enlace covalente, en el que los electrones de valencia son compartidos de forma conjunta y simultánea por todos los cationes. Desaparecen los orbitales atómicos y se forman orbitales moleculares con energías muy parecidas, tan cercanas entre ellas que todos en conjunto ocupan lo que se denomina una banda de energía.
Aunque los electrones van ocupando los orbitales moleculares en orden creciente de energía, estas son tan próximas que pueden ocupar cualquier posición dentro de la banda. La banda ocupada por los orbitales moleculares con los electrones de valencia se llama banda de valencia, por el contrario la banda formada por los orbitales moleculares vacíos se llama banda de conducción. Ambas bandas a veces se pueden solapar energéticamente hablando.
Con este modelo se puede explicar muy bien el comportamiento eléctrico no solo de materiales conductores sino de semiconductores y aislantes.
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Conductividad en metales
En un metal puro la conductividad eléctrica está determinada por su estructura de bandas, depende a su vez de la velocidad de desplazamiento de las cargas eléctricas dentro del material.
En un metal en la realidad, que presenta defectos, la movilidad y velocidad de las cargas eléctricas depende críticamente del número y tipo de defectos estructurales.
A mayor número de defectos, menor distancia entre colisiones, menor movilidad y menor conductividad eléctrica.
Los electrones se desplazan por el material como ondas electromagnéticas que van ajustando su periodicidad a la red cristalina. Cualquier irregularidad en esta red provoca una dispersión o colisión de dicha onda electrónica, provocando una disminución de su movilidad y velocidad, gracias a esto disminuye la conductividad eléctrica del material.[pic 7]
Los factores que afectan a la conductividad eléctrica:
- Temperatura
- Defectos de la red cristalina
- El procesamiento y endurecimiento del material
La Temperatura:
Un aumento de la temperatura del material supone un aumento de la energía de vibración de los átomos de la red cristalina. Los átomos oscilan en torno a sus posiciones de equilibrio y dispersan las ondas electrónicas.
Los defectos de la red cristalina:
Los defectos reticulares tales como vacantes, dislocaciones, fronteras de grano dispersan las ondas electromagnéticas, provocando un aumento de la resistividad del material. Cuando más defectos presente el material, más aumentará su resistividad.[pic 8][pic 9]
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