Las microesferas de vidrio son esferas microscópicas de vidrio fabricadas para una amplia variedad de usos en investigación , medicina , bienes de consumo y diversas industrias. Las microesferas de vidrio suelen tener entre 1 y 1000 micrómetros de diámetro, aunque los tamaños pueden oscilar entre 100 nanómetros y 5 milímetros de diámetro. Las microesferas de vidrio huecas, a veces denominadas microglobos o burbujas de vidrio , tienen diámetros que varían de 10 a 300 micrómetros .
Las esferas huecas se utilizan como relleno ligero en materiales compuestos como espuma sintáctica y hormigón ligero . [1] Los microglobos dan a la espuma sintáctica su peso ligero, baja conductividad térmica y una resistencia a la tensión de compresión que supera con creces la de otras espumas. [2] Estas propiedades se explotan en los cascos de sumergibles y equipos de perforación de petróleo en aguas profundas, donde otros tipos de espuma implosionarían . Las esferas huecas de otros materiales crean espumas sintácticas con diferentes propiedades: los globos de cerámica, por ejemplo, pueden hacer un aluminio sintáctico ligeroespuma. [3]
Las esferas huecas también tienen usos que van desde el almacenamiento y liberación lenta de productos farmacéuticos y trazadores radiactivos hasta la investigación en el almacenamiento y liberación controlados de hidrógeno . [4] Las microesferas también se utilizan en compuestos para rellenar resinas poliméricas para características específicas como peso, lijabilidad y superficies de sellado. Al fabricar tablas de surf, por ejemplo, los moldeadores sellan los espacios en blanco de espuma EPS con epoxi y microglobos para crear una superficie impermeable y fácil de lijar sobre la que se aplican los laminados de fibra de vidrio.
Las microesferas de vidrio se pueden fabricar calentando pequeñas gotas de vidrio soluble en agua en un proceso conocido como pirólisis por pulverización ultrasónica (USP), y las propiedades se pueden mejorar un poco mediante el uso de un tratamiento químico para eliminar parte del sodio . [5] El agotamiento del sodio también ha permitido el uso de microesferas de vidrio huecas en sistemas de resinas químicamente sensibles, como epoxis de larga duración o compuestos de poliuretano no soplados.
Las funciones adicionales, como los revestimientos de silano, se añaden comúnmente a la superficie de las microesferas de vidrio huecas para aumentar la resistencia interfacial de la matriz / microesferas (el punto de falla común cuando se somete a tensión).
Se pueden producir microesferas de vidrio óptico de alta calidad para la investigación en el campo de los resonadores ópticos o cavidades . [6]
Las microesferas de vidrio también se producen como producto de desecho en centrales eléctricas de carbón. En este caso, el producto se denominaría generalmente " cenosfera " y llevaría una química de aluminosilicato (a diferencia de la química de sílice sódica de las esferas diseñadas). Pequeñas cantidades de sílice en el carbón se funden y, a medida que ascienden por la chimenea, se expanden y forman pequeñas esferas huecas. Estas esferas se recogen junto con la ceniza, que se bombea en una mezcla de agua a la presa de ceniza residente. Algunas de las partículas no se vuelven huecas y se hunden en las presas de ceniza, mientras que las huecas flotan en la superficie de las presas. Se vuelven una molestia, especialmente cuando se secan, ya que se transportan por el aire y se esparcen hacia las áreas circundantes.
Solicitud
Las microesferas se han utilizado para producir regiones focales, conocidas como nanojets fotónicos [7] y cuyos tamaños son lo suficientemente grandes para soportar resonancias internas, pero al mismo tiempo lo suficientemente pequeñas, por lo que la óptica geométrica no se puede aplicar para estudiar sus propiedades. Investigaciones anteriores han demostrado de forma experimental y con simulaciones el uso de microesferas para incrementar la intensidad de la señal obtenida en diferentes experimentos. Una confirmación del chorro fotónico en la escala de microondas, observando la mejora de la retrodispersión que se produce cuando se introducen partículas metálicas en el área de enfoque. Se obtuvo una mejora medible de la luz retrodispersada en el rango visible cuando se colocó una nanopartícula de oro dentro de la región del nanojet fotónico producida por una microesfera dieléctrica con un diámetro de 4,4 μm. También se ha analizado el uso de nanojets producidos por microesferas transparentes para excitar materiales ópticos activos, bajo procesos de conversión ascendente con diferentes números de fotones de excitación. [8]
Las microesferas de vidrio monodispersas tienen una alta esfericidad y una distribución de tamaño de partícula muy ajustada, a menudo con un CV <10% y una especificación de> 95% de partículas en el rango de tamaño. Las partículas de vidrio monodispersas se utilizan a menudo como espaciadores en adhesivos y recubrimientos, como espaciadores de líneas de unión en epoxis. Solo una pequeña cantidad de microesferas monodispersas de grado espaciador puede crear un espacio controlado, así como definir y mantener el grosor de la línea de unión especificado. Las partículas de grado espaciador también se pueden usar como patrones de calibración y partículas trazadoras para dispositivos médicos calificados. Las microesferas de vidrio esféricas de alta calidad se utilizan a menudo en pantallas de plasma de gas, espejos de automóviles, pantallas electrónicas, tecnología de chip invertido, filtros, microscopía y equipos electrónicos.
Otras aplicaciones incluyen espumas sintácticas [9] y compuestos particulados y pinturas reflectantes.
Dispensación de microesferas
La dispensación de microesferas puede ser una tarea difícil. Cuando se utilizan microesferas como relleno para máquinas mezcladoras y dispensadoras estándar, puede ocurrir una tasa de rotura de hasta el 80%, dependiendo de factores como la elección de la bomba, la viscosidad del material, la agitación del material y la temperatura. Los dispensadores personalizados para materiales llenos de microesferas pueden reducir la tasa de rotura de microesferas a una cantidad mínima. Una bomba de cavidad progresiva es la bomba elegida para dispensar materiales con microesferas, que pueden reducir la rotura de microesferas hasta en un 80%.
Ver también
Referencias
- ^ "Lo que sea que flote su barco, Capítulo de estudiantes de Clemson de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles" Archivado el 31 de enero de 2009 en la Wayback Machine . ces.clemson.edu
- ^ Los microglobos comunes tienen una densidad de 0,15 a 0,20 g / cm 3 , con una resistencia al aplastamiento isostático de 300 a 500 psi. Las formas más densas y de alta resistencia ofrecen 0,38 g / cm 3 con una resistencia de 5500 psi y 0,6 g / cm 3 (aún ofreciendo una flotación considerable) con una presión de aplastamiento de 18,000 psi.
- ^ Ray Erikson (1 de enero de 1999). Espumas en la vanguardia . Ingeniería Mecánica-CIME
- ^ JE Shelby, MM Hall y FC Raszewski (2007). Un método radicalmente nuevo para el almacenamiento de hidrógeno en microesferas de vidrio huecas. Archivado el 4 de junio de 2011 en la Wayback Machine . Informe técnico DOE FG26-04NT42170.
- ^ Isobe, Hiroshi; Tokunaga, Ichiro; Nagai, Noriyoshi; Kaneko, Katsumi (2011). "Caracterización de microbalones de vidrio de silicato hidratado". Revista de Investigación de Materiales . 11 (11): 2908. Bibcode : 1996JMatR..11.2908I . doi : 10.1557 / JMR.1996.0368 .
- ^ Resonador óptico
- ^ BS Luk'yanchuk y col. "Índice de refracción inferior a dos: nanojets fotónicos ayer, hoy y mañana (Invitado)" Optical Materials Express , 7 (6), 1820 (2017).
- ^ Pérez-Rodríguez, C .; Imanieh, MH; Martín, LL; Ríos, S .; Martín, IR; Yekta, Bijan Eftekhari (noviembre de 2013). "Estudio del efecto de enfoque de las microesferas de sílice en la conversión ascendente de cerámicas de vidrio codopadas Er3 + –Yb3 +". Revista de aleaciones y compuestos . 576 : 363–368. doi : 10.1016 / j.jallcom.2013.05.222 .
- ^ HS Kim y Mahammad Azhar Khamis, "Comportamiento de fractura e impacto de compuestos de resina epoxi / microesferas huecas", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol 32A, No 9, pp. 1311-1317, 2001.