Nanomateriales

Técnicas para la caracterización y medición de nanopartículas

La caracterización de nanopartículas comienza con la medición precisa de su tamaño de partícula. Para que un material pueda considerarse un nanomaterial, sus partículas deben presentar dimensiones inferiores a 100 nanómetros en al menos una de sus dimensiones. La elección de la técnica de análisis dependerá tanto de la propiedad física que se desee medir como del estado de la muestra, ya sea una suspensión, una emulsión o un polvo seco.

En Nane Materia ofrecemos soluciones para la medición del tamaño de nanopartículas mediante diferentes tecnologías, seleccionando la más adecuada para cada aplicación:

• Difracción Láser (Laser Diffraction): técnica versátil para el análisis del tamaño de partícula con un rango aproximado de 10 nm a 3,5 mm.
• DLS (Dynamic Light Scattering): ideal para nanopartículas y sistemas coloidales, con un rango de 0,3 nm a 15 µm.
• SR-DLS (Spatially Resolved Dynamic Light Scattering): tecnología para la medición de nanopartículas en línea y en muestras de alta concentración.
• SMLS (Static Multiple Light Scattering): permite analizar partículas desde 10 nm hasta 1 mm, además de evaluar la estabilidad de dispersiones.
• Análisis de visión y morfología: determina el tamaño y la forma de las partículas mediante técnicas de análisis de imagen.
• Equipos de medición en línea por visión: permiten el control continuo del tamaño de partícula durante el proceso de fabricación.
• Microscopía electrónica SEM y TEM: técnicas de alta resolución para la caracterización morfológica y el análisis de nanopartículas a escala nanométrica.

Medición de la conductividad térmica en nanomateriales y aerogeles

La conductividad térmica es una propiedad física fundamental que determina la capacidad de un material para conducir el calor. Su medición resulta esencial en la caracterización de materiales avanzados, permitiendo optimizar su rendimiento en aplicaciones industriales, energéticas y de investigación.

Uno de los ejemplos más destacados son los aerogeles basados en nanopartículas inorgánicas, considerados entre los mejores aislantes térmicos gracias a su conductividad térmica ultrabaja (inferior a 0,1 W/m·K). Estas propiedades los convierten en materiales de gran interés para sectores como la construcción, la industria aeroespacial, la automoción y el almacenamiento de energía.

De acuerdo con la Ley de Fourier, la transferencia de calor en materiales porosos, como espumas y aerogeles, depende de la contribución de la estructura sólida, la fase gaseosa y otros mecanismos de transporte térmico. La medición de la conductividad térmica, la difusividad térmica y otras propiedades termofísicas permite comprender el comportamiento de estos materiales y desarrollar soluciones con un mayor rendimiento térmico.

Análisis térmico de nanomateriales mediante TGA y STA

Cuando los nanomateriales se utilizan en aplicaciones de altas temperaturas, es fundamental conocer su comportamiento y estabilidad térmica. Las técnicas de análisis térmico, como el TGA (Análisis Termogravimétrico) y el STA (Análisis Térmico Simultáneo), que combina la calorimetría diferencial de barrido (DSC) con el análisis termogravimétrico, son herramientas esenciales para la caracterización de estos materiales.

Estos ensayos permiten determinar con precisión las temperaturas de cambio de fase, las transiciones térmicas, los procesos de descomposición, la pérdida de masa y otros parámetros críticos para el desarrollo, la investigación y el control de calidad de nanomateriales.

Los análisis pueden realizarse bajo diferentes atmósferas controladas (inerte, oxidante o reductora), en amplios rangos de temperatura, con presencia o ausencia de humedad y a distintas presiones. Esta flexibilidad permite evaluar el comportamiento térmico de nanopartículas y materiales avanzados en condiciones reales de uso, facilitando el diseño de productos con un mayor rendimiento y fiabilidad.

Estabilidad de nanomateriales y potencial Zeta

La estabilidad de los nanomateriales es un factor clave para garantizar su vida útil, su rendimiento y su comercialización. Durante el desarrollo de nuevas formulaciones es imprescindible realizar estudios de estabilidad que permitan evaluar el comportamiento del producto a medio y largo plazo de forma rápida, precisa y reproducible.

La tecnología SMLS (Static Multiple Light Scattering) permite analizar la estabilidad de dispersiones y sistemas coloidales, detectando fenómenos como sedimentación, cremado, floculación o agregación hasta 1.000 veces más rápido que la observación visual. Además, proporciona resultados cuantitativos y elimina la subjetividad durante el desarrollo y la optimización de formulaciones.

Otro parámetro fundamental en la caracterización de nanopartículas es el potencial Zeta, una propiedad que determina la estabilidad de las partículas en suspensión y predice su tendencia a agregarse o permanecer dispersas. La medición del potencial Zeta puede realizarse mediante técnicas como ELS (Electrophoretic Light Scattering) o mediante métodos electroacústicos, adaptándose a diferentes tipos de muestras y concentraciones.

Análisis de composición de nanomateriales mediante TGA y EGA

Es fundamental para comprender sus propiedades, garantizar su calidad y optimizar su desarrollo. La técnica TGA (Análisis Termogravimétrico) permite determinar de forma precisa el contenido de compuestos volátiles, materia orgánica, componentes inorgánicos y nanomateriales, proporcionando información esencial sobre la composición y estabilidad del material.

Para obtener una caracterización aún más completa, el equipo TGA puede acoplarse a sistemas de detección como un espectrómetro de masas (MS) o un espectrómetro de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR). Esta configuración permite realizar un EGA (Evolved Gas Analysis), identificando y analizando los gases liberados durante el calentamiento de la muestra.

La combinación de TGA-MS y TGA-FTIR facilita la identificación de los productos de descomposición, el estudio de reacciones térmicas y la caracterización avanzada de materiales, siendo una herramienta indispensable para la investigación, el desarrollo de nuevos materiales y el control de calidad en sectores como la nanotecnología, los polímeros, la industria farmacéutica y los materiales avanzados.