Structural characterization of solid cellular polymers by X-ray tomography and light scattering

Abstract

Estudio de los materiales celulares desde un punto de vista de la interacción radiación-materia. Los materiales estudiados corresponden al grupo de espumas micro y submicrocelulares, además de también espumas nanocelulares, que comprenden los materiales más prometedores dentro de este campo de investigación por sus grandes aplicaciones. Las peculiares características de estos nuevos materiales (en particular los muy reducidos tamaños de celda, por debajo de la micra y los extremadamente pequeños espesores de pared celular, del orden de las decenas de los nanómetros) hace que sea necesario desarrollar nuevos métodos de caracterización y/o adaptar los actuales para poder obtener información precisa acerca de los mecanismos que tienen lugar durante el proceso de fabricación y de la estructura celular de los mismos. En esta investigación centraremos nuestra atención en el desarrollo de técnicas basadas en la interacción radiación-materia para analizar estos sistemas. Es importante citar aquí que estás técnicas se han usado muy poco en este tipo de materiales, lo que hará que la investigación a realizar sea novedosa y de gran interés para la comunidad científica que trabaja en el campo de los materiales celulares. En particular, dos grandes técnicas han sido consideradas, la tomografía de rayos-X y el denominado "LIght Scattering". La tomografía de rayos-X permite obtener reconstrucciones 3D de la estructura interna de los materiales con resolución espacial de micras e incluso de nanómetros, lo que ha permitido estudiar por primera vez parámetros estructurales de las espumas consideradas y su influencia en las propiedades físicas. Por otro lado, el Light Scattering, ampliamente utilizado en el caso de materiales celulares en base acuosa, permite de una manera muy sencilla determinar dos parémetros cruciales de la estructura de los materiales celulares, el tamaño de celda y la anisotropía celular. Esta investigación ha conseguido adaptar los resultados existentes en las espumas acuosas para poder aplicar de manera efectiva el Light Scattering para el caso de las espumas poliméricas sólidas. Por último, una vez que ambas técnicas han sido exitosamente aplicadas al estudio de materiales celulares convencionales, han sido aplicadas en materiales celulares no convencionales, lo que ha permitido visualizar por primera vez su estructura en 3D y obtener las primeras evidencias sobre la posibilidad de fabricar materiales celulares poliméricos transparentes, siempre y cuando el tamaño de celdilla sea lo suficientemente pequeño.