Abstract Spray Pyrolysis Erick Espinosa

con materiales con un tamaño mayor. La base de Instituto de Física “Ing. LRT” BUAP 

esta consideración es que cada propiedad de un material dado tiene una longitud característica o

Erick Leonel Espinosa Villatoro

critica asociada a ella. Los materiales utilizados

Dr. Enrique Quiroga González

para formar estas estructuras generalmente

Spray Pyrolysis (Roció Pirolítico) Método de generación de nanoestructuras

presentan macropropiedades que se pueden modificar cuando sus tamaños se reducen[1]. Se obtienen formas variadas de partículas

1. Resumen

dependiendo del método que se utilice para la síntesis de estas estructuras, entre ellas destacan:

En este trabajo se presenta el proceso de síntesis

las partículas esféricas, nanotubos o laminas

de nanoestructuras por el método de Spray

paralelas[2].

Pyrolysis, y sus variantes como lo son los

La creación de estas nanopartículas o sistemas

métodos US, VSFP, ECM y SFP. Se presentara el

nanoestructurados existen en muchos campos y

proceso de formación de las gotas y que factores

de manera innovadora. Por ejemplo, en el campo

intervienen en la producción de nanoestructuras

de la biología, química, física, ingeniería, ciencia

sintetizadas por el método de Spray Pyrolysis.

de materiales, medicina, electrónica, etc. [1]. Durante los últimos años, debido al interés para

2. Introducción La

nanotecnología

obtener materiales nanoestructurados, ha llevado estudia

las

diferentes

al desarrollo de varias técnicas que permiten la

estructuras de la materia con dimensiones del

obtención

orden de una millonésima parte de un metro.

métodos existe uno que es el método de aerosol,

Actualmente y entendida como un conjunto de

en el cual una disolución precursora se atomiza

nuevas

es

formando un aerosol, y dentro de este método se

importante por dos de sus tendencias principales:

encuentra clasificado el Spray Pyrolysis (o Roció

la nanoestructuración de materiales y la creación

Pirolítico) y es un proceso muy adecuado para la

de nanosistemas[1].

obtención de las nanopartículas ya que se puede

Las nanopartículas se definen como partículas

controlar fácilmente el tamaño, es económico y

con un tamaño comprendido entre 1 y 100 nm.

sencillo[2].

tecnologías,

la

nanotecnología

de

nanopartículas.

Entre

estos

Por otra parte las partículas nanoestructuradas se definen como partículas ultrafinas que están formadas por nanopartículas. El principal interés de las nanopartículas radica en su distinto comportamiento físico y químico al compararlo

3. Teoría

1

a. Spray Pyrolysis Esta técnica consiste básicamente en rociar un compuesto disuelto sobre una superficie, la cual puede estar caliente o luego de ser rociada puede calentarse para efectuar el proceso de pirólisis. En este proceso, la finalidad es crear partículas que posteriormente serán transportadas con aire o algún gas inerte.

En el método VSFP, la figura 2 muestra el

”El Spray Pyrolysis es el proceso de aerosol que atomiza una solución y calienta las gotitas para producir partículas sólidas[3]"

Figura 1. Esquema general de Spray Pyrolysis.

esquema de funcionamiento de este método, la energía es por una llama a vapor donde un

Dentro de los métodos de Spray Pyrolysis se

combustible (hidrógeno, metano, etc.) reacciona

pueden destacar los siguientes:

con el aire o el oxígeno, generando una reacción. El precursor es atomizado directamente hacia la

 Spray Pyrolysis Ultrasónico (US).  Spray Pyrolysis mediante la utilización de un reactor de vapor de llama (VSFP).  Combustión de emulsión (ECM).  Spray Pyrolysis de llama (SFP).

llama,

reaccionando

endotérmicamente

y

enfriándose posteriormente.

Su clasificación se realiza en base a como se transfiere energía térmica al precursor, como el precursor es liberado a la posición de la reacción, los aspectos económicos y las características del producto final. El método de spray pyrolysis ultrasónico la solución precursora se tiene en un recipiente el cual contiene un piezoeléctrico que genera las vibraciones, constan de un gas acarreador y una parrilla donde se da el proceso de pirolisis, en la figura 1. Se observa un esquema general del proceso de Spray pyrolysis ultrasónico[4].

Figura 2. Esquema general de VSFP.

En

el

método de la combustión de emulsión (ECM), una solución precursora es colocada en un aceite (combustible)

emulsionado,

atomizada

y

sometida a ignición[1]. Se puede ver en la figura 3 cual es el esquema de funcionamiento de este

2

sistema.

disolvente

adecuado,

normalmente

agua

destilada.  Atomización o generación de las gotas o Atomizador a presión o Atomizadores de golpes o explosión o o o o  El Figura 3. Esquema general de ECM.

(“Blast”) Atomizadores Rotatorios Atomizadores ultrasónicos Atomizadores electrostáticos Atomizadores híbridos Periodo de evaporación

La evaporación del disolvente de la superficie, la difusión de vapor de disolvente fuera de las

método de spray pyrolysis de llama (FSP)

gotas, cambio en la temperatura de la gota,

consiste

difusión de soluto hacia el centro de la gotita,

en

un

generador

de

gotas,

un

pulverizador de llama, un reactor de cuarzo, un colector de partículas y una bomba de vacío y

cambio en el tamaño de gotita.  Secado Implica la precipitación de volumen o superficie

esto se observa en la figura 4.

precipitación

del

soluto,

seguido

por

la

evaporación del disolvente a través de la corteza nanoporosa.  Coagulación de la gota Formación estructuras nanoporosas  Descomposición térmica y sinterización o Proceso de agregación Es la formación y acumulación de múltiples nanoestructuras primarias. o Figura 4. Esquema general de SFP.

Implica

b. Etapas del proceso de Spray Pyrolysis

proceso de sinterización la

adhesión/solidificación

de

los

cristalitos (particulas). Estas etapas del proceso se resumen en el

 Formación de la disolución precursora

siguiente esquema que se muestra en la figura 5:

Es el proceso de preparación de la disolución precursora que consiste en disolver cantidades estequiométricas

de

los

reactivos

en

un

3

Electrónica: El uso de la nanotecnología en la electrónica a llevado a la construcción de los dispositivos que ahora estamos acostumbrados a usar como un teléfono móvil, una PC portátil entre otros dispositivos.

Figura 5. Esquema del mecanismo de formación

y

crecimiento

de

5. Conclusiones -El método de Spray Pyrolysis es un método muy sencillo de controlar, económico y con el

c. Factores que afectan al proceso

cual podemos obtener diferentes morfologías. -Dependiendo el objetivo de estudio se podrá

de Spray Pyrolysis

ocupar un sistema u otro (US, VSFP, ECM,       

La naturaleza de los precursores. La naturaleza del disolvente. La concentración de la disolución Las condiciones de pH. La tensión superficial. La frecuencia de trabajo del dispositivo. La temperatura del reactor durante la

etapa de descomposición de las gotas.  El tipo de horno (en ocasiones se usa parrilla)[5]. 4. Aplicaciones del la técnica Ciencia de materiales: Se realiza el estudio de las propiedades que adquieren los materiales a tamaños

nanometricos

y

sus

posibles

aplicaciones en otras ramas. Ingeniería: producción de nanoestructuras que se usaran para el desarrollo de un dispositivo como lo es una celda solar para la generación de energía eléctrica aprovechando la luz solar.

SFP). -Se pueden formar estructuras desde tamaño micro hasta nanométrico. -La temperatura en el horno o parrilla influirá en el tamaño y morfología de las estructuras. 6. Bibliografía [1] Síntesis y caracterización de Nanoestructuras del sistema Gd2-xEuxO3 con un porcentaje atómico de 1% en europio y del sistema Gd 2O3. Proyecto Fin de Carrera Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ana Isabel Bárcena Millán 2010. [2] D. Vollarth, “Nanomaterials”, Ed. Wiley Vch, 2008. [3] Kikuo Okuyama, I. Wuled Lenggoro, Chemical Engineering Science 58 (2003) 537 – 547. [4] Tesis para obtener grado de maestría, Instituto Politécnico Nacional, 2010, 21-23. Anabel Peláez Rodríguez. [5] Gary L. Messing, Shi-Chang Zhang, Gopal V. Jayanthi, American Ceramic Society Volume 76, Issue 11 November 1993 Pages 2707–2726.

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