Segunda practica Nanotecnologa: Analisis decristales de Aluminio

Andres C. Barcocamilobarco1@gmail.com

INTRODUCCION

el aluminio ah sido de mucha utilidad desde varios tiemposatras, este documento habla de el entendimiento de la estructu-ra atomica de el aluminio y de sus diferentes fases tales comofcc, bcc, hcp.

I. DESCRIPCION DIFERENTES ESTRUCTURASCRISTALINAS AL

Existen 14 diferentes estructuras cristalinas en la naturaleza,pero los metales y algunos otros elementos solidos, son de tipoFcc, Bcc o Hcp; a continuacion se hablara de que son cadauna de estas fases cristalinas y sus respectivas representacionesgeometricas en 3D:

FCC (Face Centered Cubic): esta estructura cristalinaposee en cada una de las esquinas del cuadrado un atomoy en cada cara de el cubo un atomo como se observa enla figura.1 este tipo de estructura hace que ocupe losatomos el 76 % de el espacio y el otro 24 % es espaciovacio el cual puede ser aprovechado para que otrasmoleculas ocupen ese espacio un ejemplo de esto sonaleaciones de Al con otros elementos A estos porcentajesse les llama porcentajes de empaqueta-miento, para larepresentacion del aluminio (Al) en este tipo de estructuracristalina se usaron 4 atomos y se replicaron 4 vecesen cada eje como resultado se obtuvo figura.2 donde seobserva la estructura cristalina con 256 atomos de Al.

Figura 1. representacion de Face Centered Cubic tomado dehttp://www.azom.com/

BCC (Body Centered Cubic): en este tipo de estructuratenemos 4 atomos en cada esquina y un atomo en el

Figura 2. representacion de Face Centered Cubic de 256 Al

medio de este cubo como se observa en la figura.3 en estaestructura se tiene un porcentaje de empaqueta-miento de68 % de espacio ocupado por los atomos y el 32 % esespacio vaco, basandose en lo anterior se reprodujo unaestructura de este tipo para el aluminio como se observaen la figura.4 donde hay 256 atomos de Al en estructuraBCC.

Figura 3. representacion de Body Centered Cubic tomado dehttp://www.science.uwaterloo.ca/

HCP (Hexagonal Close Packed):en este caso no se usa uncubo para generar la estructura si no un exagono dondeen cada esquina de el el exagono existe un atomo, encara superior eh inferior un atomo y en las cara de loslados 3 atomos creando un triangulo entre ellos como seobserva en la figura.5 el porcentaje de empaqueta-miento

Figura 4. representacion de Body Centered Cubic de Al

al igual que el FCC es de 74 % ocupado por atomos yde 26 % de espacio libre en la estructura cristalina, yateniendo en cuenta esto se procedio a hacer una estructuracristalina HCP copiando 2 en cada direccion (x y z) comose observa en la figura.6

Figura 5. representacion de Hexagonal Close Packed tomado dehttp://www.benbest.com/

Figura 6. representacion de Hexagonal Close Packed de Al con 506 atomos

Despues de haber definido cada una de las estructurascristalinas del aluminio se entendio la diferencia las diferenciasy similitudes entre ellas como por ejemplo entre las estructurasFCC y HCP tenemos que el porcentaje de empaqueta mientoes el mismo para estas dos estructuras y que la del BCC tieneun porcentaje diferente a estas dos, la diferencia que hay entre

FCC y BCC es que se observo que en una tenemos atomos encada cara y esquina de el cubo pero que en otro solo tenemosatomos en las esquinas y un atomo en el centro de esta, ladiferencia entre estas dos anteriores y la HCP es que losatomos se organizan en cajas cubicas pero este se organizaen caja exagonal.

II. REPRODUCCION DE RESULTADOS BASADOS EN ELPAPER

Basandose en el paper predictions of melting, crystalliza-tion, and local atomic arrangents of aluminum clusters using areactive force field.archivo publicado online el 30 de Diciembredel 2008, se obtuvo figura.7 donde se tomo en cuenta unaestructura cristalina Fcc de aluminio con 4 particulas de AL,se observa que a menor volumen mayor es la energa totaly a mayor volumen menor es la energia total del sistema,asi mismo, se observa un punto de infleccion en la curva, estosignifica que es el punto de mnima energa del aluminio apro-ximadamente esta en -78kcal/mol/f.u, comparando la figura.7con la figura.8 se observa la similitud de la curva de energavs volumen.

Figura 7. resultados de comprimir una partcula de aluminio en fcc con 4atomos

Figura 8. resultados de comprimir una partcula de aluminio en fcc con 4atomos

Basandose en lo anterior se procedio a hacer el mismoproceso para la el Al2O3 (Oxido de aluminio) donde la formacristalina de este material es una en forma de corundum