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Ciencia de materiales - Wikipedia, la enciclopedia libre

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La ciencia de materiales es la disciplina científica encargada de investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Paralelamente, conviene matizar que la ingeniería de materiales se fundamenta en esta, las relaciones propiedades-estructura-procesamiento-funcionamiento, y diseña o proyecta alguna estructura posible del material, para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades.

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See all the wonderful things Fernando Vargas Díaz has made

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Cristales de nieve observados con un microscopio electrónico de barrido y coloreados artificialmente

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El estudio a distancia de las imágenes se puede denominar telehistología, telecitología o telepatología dinámica virtual dependiendo del tipo de información biológica. Mediante un microscopio virtual, una persona localizada en cualquier lugar del mundo controlará el área de estudio del preparado microscópico (lámina virtual), y analizará los tejidos o células en el aumento que desee con el simple uso de periféricos como el ratón con unos pocos clics y sin factores horarios intervinientes.

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El microscopio de fuerza atómica (AFM, de sus siglas en inglés A tomic F orce M icroscope) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewtons. Al rastrear una muestra, es capaz de registrar continuamente sutopografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. La sonda va acoplada a un listón o palanca microscópica muy flexible de sólo unos 200 µm. El microscopio de fuerza atómica ha sido esencial en el desarrollo de lananotecnología, para la caracterización y visualización de muestras a dimensiones nanométricas ({\displaystyle 10^{-9}m=1nm}).

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Imagen de reconstrucción sobre una superficie limpia de oro (100)

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Un microscopio de efecto túnel (en inglés, Scanning tunneling microscope o STM) es un instrumento para tomar imágenes de superficies a nivel atómico. Su desarrollo en 1981 hizo ganar a sus inventores, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer (de IBM Zürich), el Premio Nobel de Física en 1986.1 2 Para un STM, se considera que una buena resolución es 0.1 nm de resolución lateral y 0.01 nm de resolución de profundidad.3 Con esta resolución, los átomos individuales dentro de los materiales son rutinariamente visualizados y manipulados. El STM puede ser usado no solo en ultra alto vacío, sino que también en aire, agua, y varios otros líquidos o gases del ambiente, y a temperaturas que abarcan un rango desde casi cero Kelvin hasta unos pocos cientos de grados Celsius.
El STM está basado en el concepto de efecto túnel. Cuando una punta conductora es colocada muy cerca de la superficie a ser examinada, una corriente de polarización (diferencia de voltaje) aplicada entre las dos puede permitir a los electrones pasar al otro lado mediante efecto túnel a través del vacío entre ellas. La resultante corriente de tunelización es una función de la posición de la punta, el voltaje aplicado y la densidad local de estados (LDOS por sus siglas en inglés) de la muestra.4 La información es adquirida monitoreando la corriente conforme la posición de la punta escanea a través de la superficie, y es usualmente desplegada en forma de imagen

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Un microscopio de sonda de barrido (también llamado SPM por sus siglas en inglés Scanning Probe Microscopy) es aquel que tiene el transmisor en la parte exequimal del lente (Objetivo 4x). Este microscopio electrónico utiliza una sonda que recorre la superficie del objeto a estudiar. La rama de microscopios SPM se fundó con la invención delmicroscopio de efecto túnel en 1981.

Su uso en investigaciones científicas es el de regular la imagen mediante un barrido de electrones haciendo que la imagen aumente (10.000.000 nm).

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Imágenes obtenidas al microscopio de iones con un cátodo de tungsteno. El sistema muestra la localización de manchasen el borde de átomos individuales. La disposición anular los puntos es una foto de una red cúbica en una superficie esférica

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La microscopía de iones en campo (FIM) es una técnica analítica empleada en ciencia de materiales. El microscopio de iones en campo es una variedad de microscopio que puede ser usado para visualizar la ordenación de los átomos que forman la superficie de la punta afilada de una aguja de metal. Fue la primera técnica con la que se consiguió resolver espacialmente átomos individuales. La técnica fue desarrollada por Erwin Müller. En 1951 se publicaron por primera vez imágenes de estructuras atómicas de tungsteno en la revista Zeitschrift für Physik.

En la FIM, se produce una aguja de metal afilada y se coloca en una cámara de ultra alto vacío, que después se llena con un gas visualizador tal como el helio o el neón. La aguja se enfría hasta alcanzar temperaturas criogénicas (20-100 K). Luego se aplica un voltaje positivo que va de 5.000 a 10.000 voltios sobre la punta. Los átomos de gas absorbidos por la punta se ven ionizados por el fuerte campo eléctrico que existe en las proximidades de ella. La curvatura de la superficie cercana a la punta provoca una imanación natural; los iones son repelidos bruscamente en dirección perpendicular a la superficie (un efecto de "proyección de punto")

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El microscopio electrónico de barrido (MEB o SEM, por Scanning Electron Microscope), es una técnica de microscopía electrónicacapaz de producir imágenes de alta resolución de la superficie de una muestra utilizando las interacciones electrón-materia. Utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz para formar una imagen.

Apoyándose en los trabajos de Max Knoll de los años 1930 fue Manfred von Ardenne quien logró inventar el MEB en 1937 que consistía en un haz de electrones que barría la superficie de la muestra a analizar, que, en respuesta, reemitía algunas partículas. Estas partículas son analizadas por los diferentes sensores que hacen que sea posible la reconstrucción de una imagen tridimensional de la superficie.

Los trabajos realizados en la década de 1960 en el laboratorio de Charles Oatley en la universidad de Cambridge han contribuido en gran medida al desarrollo del MEB, y dieron lugar en 1965 a la comercialización por Cambridge Instrument Co. de los primeros microscopios de barrido.

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Un microscopio electrónico de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés, o MET, en español) es un microscopio que utiliza un haz de electrones para visualizar un objeto, debido a que la potencia amplificadora de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz visible. Lo característico de este microscopio es el uso de una muestra ultrafina y que la imagen se obtenga de los electrones que atraviesan la muestra.

Los microscopios electrónicos de transmisión pueden aumentar un objeto hasta un millón de veces.

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Un microscopio electrónico es aquel que utiliza electrones en lugar de fotones o luz visible para formar imágenes de objetos diminutos. Los microscopios electrónicos permiten alcanzar amplificaciones mayores antes que los mejores microscopios ópticos, debido a que la longitud de ondade los electrones es bastante menor que la de los fotones "visibles".

El primer microscopio electrónico fue diseñado por Ernst Ruska y Max Knoll entre 1925 y 1932, quienes se basaron en los estudios de Louis-Victor de Broglie acerca de las propiedades ondulatorias de los electrones.

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El microscopio confocal es un microscopio que emplea una técnica óptica de imagen para incrementar el contraste y/o reconstruir imágenes tridimensionales utilizando un "pinhole" espacial (colimador de orificio delimitante) para eliminar la luz desenfocada o destellos de la lente en especímenes que son más gruesos que el plano focal. El pinhole es una apertura localizada delante del fotomultiplicador que evita el pasaje de fluorescencia de las regiones de la muestra que no están en foco, la luz que proviene de regiones localizadas por encima o por debajo del plano focal no converge en el pinhole y no es detectada por el fotomultiplicador. Esta técnica ha ido adquiriendo cada vez mayor popularidad entre las comunidades científica e industrial. Se aplica típicamente en las ciencias biológicas y en la inspección de semiconductores.

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El microscopio de contraste de fases permite observar células sin colorear y resulta especialmente útil para células vivas.La mayoría de los organismos vivos no pueden ser teñidos debido a que los colorantes utilizados pueden dañar su estructura celular hasta el punto de su muerte. Esta técnica de microscopia, aprovecha las pequeñas diferencias de los índices de refracción en las distintas partes de una célula y en distintas partes de una muestra de tejido. La luz que pasa por regiones de mayor índice de refracción experimenta una deflexión y queda fuera de fase con respecto al haz principal de ondas de luz que pasaron la muestra. Aparea otras longitudes de onda fuera de fase por medio de una serie de anillos ópticos del objetivo y del condensador, anula la amplitud de la porción fuera de fase inicial del haz de luz y produce un contraste útil sobre la imagen. Las partes oscuras de la imagen corresponden a las porciones densas del espécimen; las partes claras de la imagen corresponden a porciones menos densas. Por lo tanto estos microscopios se utilizan para observar células vivas, tejidos vivos y cortes semifinos no coloreados.

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El microscopio de campo oscuro (en inglés: Dark field microscope or dark ground microscope)? es un microscopio que utiliza un haz enfocado de luz muy intensa en forma de un cono hueco concentrado sobre el espécimen. El objeto iluminado dispersa la luz y se hace así visible contra el fondo oscuro que tiene detrás, como las partículas de polvo iluminadas por un rayo de sol que se cuela en una habitación cerrada. Por ello las porciones transparentes del espécimen quedan oscuras, mientras que las superficies y partículas se ven brillantes, por la luz que reciben y dispersan en todas las direcciones, incluida la del eje óptico que conecta el espécimen con la pupila del observador. Esta forma de iluminación se utiliza para analizar elementos biológicos transparentes y sin pigmentar, invisibles con iluminación normal, sin fijar la muestra, es decir, sin matarla. También es bastante utilizado en la observación de muestras metalográficas para la observación de detalles en superficies con alta reflectancia.

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El microscopio petrográfico, microscopio polarizador o de luz polarizada es un microscopio óptico al que se le han añadido dos polarizadores (uno entre el condensador y la muestra y el otro entre la muestra y el observador). El material que se usa para los polarizadores son prismas de Nicol o prismas de Glan-Thompson (ambos de calcita), que dejan pasar únicamente la luz que vibra en un único plano (luz polarizada). Esta luz produce en el campo del microscopio claridad u oscuridad, según que los dos nícoles estén paralelos o cruzados.

Algunos compuestos inorgánicos responden al efecto de la luz, éstos tienen un alto grado de orientación molecular (sustancias anisótropas), que hace que la luz que los atraviesa pueda hacerlo en determinados planos vibratorios atómicos.

El prisma de Nicol permite el paso de luz en un solo plano, así la calcita gira la posición de polarización, facilitando la identificación desustancias que extinguen la luz. Al fenómeno de extinción de luz causado por estos planos atómicos y orientaciones moleculares se llamabirrefringencia.

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Microscopio de luz ultravioleta – La imagen en el microscopio de luz ultravioleta depende de la absorción de esa luz por las moléculas de la muestra. La fuente de luz ultravioleta tiene una longitud de onda de 200 nm, por lo tanto puede alcanzar una resolución de 100 nm. La microscopia ultravioleta no es muy diferente del funcionamiento de un espectrofotómetro pero sus resultados son registrados en fotografías. La muestra no se puede observar directamente a través del ocular porque la luz ultravioleta puede dañar la retina. El método sirve para detectar ácidos nucleicos, proteínas que contienen determinados aminoácidos. Mediante longitudes de ondas específicas para la iluminación se puede obtener mediciones espectrofotométricas para cuantificar el ADN y el ARN de cada célula.

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Un microscopio simple es aquel que utiliza una sola lente para ampliar las imágenes de los objetos observados. Es el microscopio más básico.El microscopio óptico estándar, llamado microscopio compuesto, utiliza dos sistemas de lentes alineados, el objetivo y el ocular.

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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6 * Tubo: es la cámara oscura que porta el ocular y los objetivos. Puede estar unida al brazo mediante una cremallera para permitir el enfoque.

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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7 * Revólver: Es el sistema que porta los objetivos de diferentes aumentos, y que rota para poder utilizar uno u otro, alineándolos con el ocular.

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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4 * Diafragma: regula la cantidad de luz que llega al condensador.

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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2 * Objetivo: lente situada en el revólver. Amplía la imagen, es un elemento vital que permite ver a través de los oculares.

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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Partes del microscopio óptico y sus funciones

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1 * Ocular: lente situada cerca del ojo del observador. Capta y amplía la imagen formada en los objetivos.

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Un microscopio óptico es un microscopio basado en lentes ópticas. También se le conoce como microscopio de luz, (que utiliza luz o «fotones») o microscopio de campo claro. El desarrollo de este aparato suele asociarse con los trabajos de Anton van Leeuwenhoek. Los microscopios de Leeuwenhoek constaban de una única lente pequeña y convexa, montada sobre una plancha, con un mecanismo para sujetar el material que se iba a examinar (la muestra o espécimen). Este uso de una única lente convexa se conoce como microscopio simple, en el que se incluye la lupa, entre otros aparatos ópticos.

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Las grabaciones de video de microscopio se han convertido en procedimientos comunes en la microscopía. El microscopio cámara se puede convertir en un microscopio digital o montado en un microscopio triocular. El microscopio con cámara es un aparato de video especial para microscopios que no pueden ser utilizados para otros propósitos. La mayoría de las cámaras de video digitales convencionales pueden ser utilizadas para filmar imágenes microscópicas a través de adaptadores. Tiposdemicroscopio.com utiliza un microscopio cámara digital especial DCM500 para el video y las imágenes tomadas con una alta resolución de 5 millones de pixels.

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Lentes condensadores: Ellos focalizan la luz del rayo sobre el objeto observado. Algunos microscopios están equipados con lentes condensadores Abbe que se mueven de arriba hacia abajo.

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Lentes objetivos: Hay habitualmente entre 3 y 4 de ellos, localizados en la torre. Los lentes objetivos tienen los siguientes magnificadores: 4X, 10X, 40X y 100X. Los lentes más largos tienen un poder de 100X. Los lentes son normalmente acromáticos, parcentered y para focales.

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Torre: La parte rotativa del microscopio con lentes de objetivo.

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Tabla: La plataforma con clips donde yace el espécimen

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Iluminador: La fuente de luz localizada en la base del microscopio, con fuente de electricidad y o un observador, reflejando luz natural externa.

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Brazo: conecta la base con el lente ocular y la torre.

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Base: La base del microscopio.

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Lentes oculares: Estas son las lentes a través de las cuales miramos, habitualmente tienen el poder de entre 10x y 40x

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Una imagen de una bacteria streptococcus tomada al escanear con un microscopio electrónico.

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El microscopio electrónico es el más sofisticado de los microscopios conocidos en la ciencia. El microscopio electrónico utiliza lentes electrostáticos y electromagnéticos y a través de los electrones ilumina un objeto, magnificando una imagen hasta 2 millones de veces mientras que la luz del microscopio lo hace solo 2 mil veces. El microscopio electrónico utiliza una onda larga de un electrón llamado Broglie wavelength. Al controlar el rayo de la radiación electromagnética el microscopio electrón hace posible focalizarse, produciendo una imagen de gran escala.

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Teniendo un microscopio fluorescente con una cámara adjunta es una experiencia maravillosa, puedes ver y grabar las células y ver las propiedades de la proteína que por su puesto no se ve con un ojo común. Esta imagen es un espécimen de la célula PtK2 de un riñón marsupial.

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Un microscopio fluorescente es igual al instrumento común de microscopios livianos con la excepción que ilumina el espécimen con la luz de una onda larga especial causando que el objeto observado emita una luz con un color diferente por la absorción de fluorophores. Las ciencias de vida utilizan de forma amplia microscopios fluorescentes, la mayoría llamados "microscopios epi-fluorescentes". El microscopio fluorescente es muy útil en todos los campos de la biología, haciendo posible estudiar mejor las proteínas y moléculas.

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Microscopio digital. Un microscopio, un aparato de captura de video y una pantalla de video formando una sola unidad sin oculares es la definición apropiada para un microscopio digital. Por otro lado, si montas una cámara digital en un microscopio triocular por ejemplo, también hará un buen microscopio digital o microscopio USB "no oficial". Para una mejor imagen o resolución de video y mejor calidad general, es mejor utilizar un microscopio digital apropiado ya que los lentes del microscopio digital están confeccionados especialmente para la cámara. El microscopio digital más común tiene un monitor de 15 pulgadas y una cámara con alrededor 2 millones de pixels.

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Un microscopio liviano es un microscopio óptico común utilizando las longitudes de las ondas de luz visibles. Los microscopios livianos son muy utilizados como herramienta para ver objetos pequeños en colores. El microscopio liviano puede ser binocular o monocular, triocular para el uso de aparatos de vídeo. Los microscopios ópticos o livianos usan lentes refractivos y oculares hechas de vidrio para dirigir una imagen magnificada hacia el ojo u otro aparato que captura la imagen. La habitual magnificación del microscopio liviano es 1500x pero también puede llegar a 2000x con menos calidad de visión.

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El microscopio compuesto es el microscopio más utilizado en la ciencia, el trabajo y el hobby. Consiste en dos partes ópticas: lentes oculares (el que está próximo a tus ojos) y los lentes objetivos (el que está posicionado cerca de la prueba observada). El microscopio compuesto fue el primero introducido por inventor holandés Zacarías Janssen (el también es conocido por inventar el telescopio). Su aparato sofisticado para el año 1590, llevaba a cabo dos tareas: para ver estrellas y pequeños objetos. El instrumento se convirtió en una invención del primer microscopio compuesto y un telescopio al mismo tiempo.