Estudio de las propiedades mecánicas y tribológicas de materiales nanoestructurados - Lionello, Diego Fernando (2018)
La determinación de las propiedades mecánicas de recubrimientos nanoestructurados es un tema complejo y en continuo desarrollo debido a su importancia tecnológica. El objetivo de este trabajo de tesis es comprender el comportamiento frente a la deformación y al rayado de recubrimientos de óxidos porosos, y la relación entre dicho comportamiento y distintas variables estructurales como porosidad, tamaño de poro y cristalinidad.Para comprender la influencia de cada uno de los parámetros estructurales en las propiedades mecánicas y tribológicas de recubrimientos nanoestructurados, se abordó el estudio de un sistema modelo: las películas de óxidos mesoporosos. Estos sistemas son ideales debido al estricto control que se tiene, desde la síntesis, de su composición, espesor, porosidad, tamaño de poro, orden de los poros y cristalinidad y, fundamentalmente, por la muy baja rugosidad que poseen (menor a los 5 nm). Se sintetizaron films mesoporosos de TiO2 y SiO2 combinando el método sol-gel con el autoensamblado de surfactantes y se realizó una caracterización estructural exhaustiva utilizando una multiplicidad de técnicas como XRR, DRX, SAXS-2D, elipsometría, microscopías óptica y electrónica. Se depositaron multicapas para obtener espesores del orden de 300 nm y minimizar efectos del sustrato en la determinación de las propiedades mecánicas. Las mismas fueron medidas utilizando porosimetría elipsométrica y nanoindentación, realizando tanto estudios mecánicos como tribológicos. Para realizar las mediciones, se optimizaron las técnicas de caracterización mecánica de películas delgadas y se desarrollaron protocolos que abarcan desde la preparación de las muestras hasta el análisis de los resultados.Una vez evaluado el sistema modelo, se aplicaron los conocimientos desarrollados para estudiar sistemas complejos, de alta rugosidad o con estructuras discretas (micropartículas y nanocables). Se optimizó la preparación de las muestras para su estudio por nanoindentación y se realizó la caracterización mecánica de recubrimientos de aluminio anodizado, polímeros de coordinación, nanocables de Ag embebidos en matrices poliméricas y recubrimientos de níquel poroso sobre sustratos de acero. Los nanocables de Ag son conductores eléctricos que pueden ser aplicados en sustratos flexibles y micromaquinados, y por ello es fundamental conocer sus propiedades mecánicas. Se evaluaron los arreglos de nanocables soportados, y se pudieron identificar las propiedades de cables aislados. Por otra parte, se caracterizaron mecánicamente recubrimientos de aluminio anodizado con aplicaciones industriales y de níquel poroso sobre sustratos de acero 316L con potenciales aplicaciones como catalizadores.Finalmente, se optimizó el método de preparación de muestras de polímeros de coordinación incluidas en resinas, para su caracterización con nanoindentación. Los polímeros de coordinación estudiados de Yb, In y Bi tienen potenciales aplicaciones en sensores ópticos, catálisis e inhibición bacteriana. En el caso de cristales anisotrópicos como los de Yb, se obtuvieron valores diferentes de módulo elástico para distintas orientaciones de los monocristales incluidos.