CRISTALOGRAFÍA

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El crecimiento anormal o discontinuo del grano conduce a una microestructura heterogénea donde un número limitado de granos crece mucho más rápido que el resto.

El crecimiento de grano anormal o discontinuo , también conocido como crecimiento de grano exagerado o secundario de recristalización , es un fenómeno de crecimiento de grano a través del cual ciertos granos ( cristalitos ) energéticamente favorables crecen rápidamente en una matriz de granos más finos que resulta en una distribución de tamaño de grano bimodal . ^[1]

En los materiales cerámicos, este fenómeno puede dar como resultado la formación de granos prismáticos alargados, aciculares (con forma de aguja) en una matriz densificada con implicaciones para una mejor tenacidad a la fractura a través de la impedancia de la propagación de grietas. 

Mecanismos [ editar ]

El crecimiento anormal del grano (AGG) se encuentra en los sistemas metálicos o cerámicos que presentan una o más de varias características. ^{[1] [3] [4]}

1. Inclusiones de fase secundaria, precipitados o impurezas por encima de un determinado umbral de concentración.
2. Alta anisotropía en energía interfacial sólido / líquido o energía límite de grano (sólido / sólido) en materiales a granel.
3. Energía superficial altamente anisotrópica en materiales de película delgada.
4. Alto desequilibrio químico.

Aunque muchas lagunas permanecen en nuestra comprensión fundamental de los fenómenos de AGG, en todos los casos el crecimiento anormal de grano ocurre como resultado de tasas locales muy altas de migración de interfaz y se ve reforzado por la formación localizada de líquido en los límites de grano.

Significado [ editar ]

El crecimiento anormal de los granos se registra a menudo como un fenómeno indeseable que ocurre durante la sinterización de materiales cerámicos, ya que los granos que crecen rápidamente pueden disminuir la dureza del material a granel a través de los efectos del tipo Hall Petch . Sin embargo, la introducción controlada de dopantespara producir AGG controlado puede usarse para impartir endurecimiento de la fibra en materiales cerámicos. En las cerámicas piezoeléctricas, la aparición de AGG puede provocar la degradación del efecto piezoeléctrico y, por lo tanto, en estos sistemas se evita la AGG.

Sistemas de ejemplo [ editar ]

Se observó un crecimiento anormal del grano en Rutilo TiO ₂ , inducido por la presencia de una fase secundaria de circón . ^[4]

1. El rutilo (TiO ₂ ) exhibe frecuentemente un hábito de crecimiento prismático o acicular . En presencia de dopantes alcalinos o un dopante ZrSiO _{4 en} estado sólido , se ha observado que el rutilo cristaliza a partir de un material de fase anatasa parental en forma de granos anormalmente grandes que existen en una matriz de anatasa equiaxida más fina o granos de rutilo. ^[4]
2. Se ha informado que Al ₂ O ₃ con sílice y / o dopantes / impurezas de itria exhiben AGG indeseable. ^[5]
3. Se sabe que el titanato de bario BaTiO ₃ con un exceso de TiO ₂ exhibe un crecimiento anormal de grano con profundas consecuencias en el rendimiento piezoeléctrico de este material.
4. Se ha informado que el carburo de tungsteno exhibe AGG de granos facetados en presencia de una fase líquida que contiene cobalto en los límites de grano ^[6]
5. El nitruro de silicio (Si ₃ N ₄ ) puede exhibir AGG dependiendo de la distribución de tamaño del material de fase β en un precursor de α-Si ₃ N ₄ . Este tipo de crecimiento de grano es importante en el endurecimiento de los materiales de nitruro de silicio ^[7]
6. Se ha demostrado que el carburo de silicio exhibe una resistencia a la fractura mejorada como resultado de los procesos AGG que producen granos alargados de puente de grieta / vigilia, con consecuencias para aplicaciones en armaduras balísticas. Este tipo de resistencia a la fractura mejorada basada en puenteo de grietas de materiales cerámicos que exhiben AGG es consistente con los efectos morfológicos informados sobre la propagación de grietas en cerámicas ^[2]
7. Se sabe que el niobato de estroncio y bario, usado para aplicaciones electro-ópticas y dieléctricas, exhibe AGG con consecuencias significativas en el rendimiento electrónico del material ^[8]
8. Se ha observado que los sistemas de titanato de calcio (CaTiO ₃ , perovskita) dopados con BaO exhiben AGG sin la formación de líquido como resultado de las interfaces de politipo entre las fases sólidas .

 amorfismo , en química , cristalografía y, por extensión, a otras áreas de las ciencias naturales es una sustancia o característica que carece de una forma ordenada. En el caso específico de la cristalografía, un material amorfo es aquel que carece de un orden cristalino de largo alcance (significativo) a nivel molecular . En la historia de la química , el amorfismo fue reconocido incluso antes del descubrimiento de la naturaleza de la estructura reticular cristalina atómica exacta . ^[1] El concepto de amorfismo también se puede encontrar en los campos del arte, ^[2] biología , arqueología y filosofía ^[3] como una caracterización de objetos sin forma, o con forma aleatoria o no estructurada.

la dispersión anómala se refiere a un cambio en la fase de rayos X de difracción que es único del resto de los átomos en un cristal debido a la fuerte absorbancia de los rayos X. ^[1] La cantidad de energía que absorben los átomos individuales depende de su número atómico. Los átomos relativamente ligeros que se encuentran en proteínas como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno no contribuyen a la dispersión anómala en las longitudes de onda normales de los rayos X utilizadas para la cristalografía de rayos X. ^[2] Por lo tanto, para observar una dispersión anómala, un átomo pesado debe ser nativo de la proteína o debe crearse un derivado de átomo pesado. Además, la longitud de onda de los rayos X debe estar cerca del borde de absorción del átomo pesado.

Dispersión anormal de rayos X AXRS o XRAS es una técnica de determinación no destructiva dentro de la difracción de rayos X que hace uso de la dispersión anómala que se produce cuando se selecciona una longitud de onda que está cerca del borde de absorción de uno de los elementos constituyentes de la muestra. Se utiliza en la investigación de materiales para estudiar las diferencias de tamaño nanométrico en la estructura.

Factores de dispersión atómicos [ editar ]

En la difracción de rayos X, el factor de dispersión f para un átomo es aproximadamente proporcional al número de electrones que posee. Sin embargo, para longitudes de onda que se aproximan a aquellas para las cuales el átomo absorbe fuertemente la radiación, el factor de dispersión sufre un cambio debido a la dispersión anómala. La dispersión no solo afecta a la magnitud del factor, sino que también imparte un cambio de fase en la colisión elástica del fotón. Por lo tanto, el factor de dispersión se puede describir mejor como un número complejo ^[1]

f = f _o + Δf '+ i.Δf "

Variación de contraste [ editar ]

Los aspectos anómalos de la dispersión de rayos X se han convertido en el foco de un interés considerable en la comunidad científica debido a la disponibilidad de radiación de sincrotrón . En contraste con las fuentes de rayos X de escritorio que funcionan en un conjunto limitado de longitudes de onda fijas, la radiación del sincrotrón se genera al acelerar los electrones y usar un ondulador (dispositivo de imanes de dipolo colocados periódicamente) para "mover" los electrones en su camino, para generar Quería longitud de onda de los rayos X. Esto permite a los científicos variar la longitud de onda, lo que a su vez hace posible variar el factor de dispersión para un elemento en particular en la muestra bajo investigación. Así, un elemento particular puede ser resaltado. Esto se conoce como variación de contraste.. Además de este efecto, la dispersión anómala es más sensible a cualquier desviación de la esfericidad de la nube de electrones alrededor del átomo. Esto puede llevar a efectos resonantes que involucran transiciones en la capa externa del átomo: dispersión anómala de rayos X anómala .