Preparación de superficies selectivas
- Autores: Ana Laura Cuevas Melendez
- Directores de la Tesis: Francisca Martín Jiménez (codir. tes.), D. Leinen (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Málaga ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Ramón Ramos Barrado (presid.), Mercedes Gabás Pérez (secret.), Enrique Dalchiele (voc.), Luis Rafael Sánchez Granados (voc.), Susana Mota (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El objetivo general de esta tesis ha sido la obtención de superficies selectivas, alta absorción en el rango de la radiación solar y baja emisión térmica, para su uso en superficies absorbedoras de colectores solares térmicos de baja temperatura. Para ello se propone la utilización de tres técnicas: spray pirolisis, anodizado-metalización electroquímica, y magnetrón sputtering. Los materiales cuya funcionalización como superficies selectivas se propone son tanto de naturaleza metálica como polimérica. Entre los metales, el aluminio en placa en varios formatos en cuanto al acabado de la superficie y espesor. También se ha utilizado el aluminio en forma de película gruesa sobre cinta polimérica autoadhesiva, y depositado por sputtering sobre Tedlar, poliéster y policarbonato. Otro sustrato metálico empleado ha sido el acero inoxidable en placa. Titanio y cobre han sido depositados sobre sustratos poliméricos por magnetrón sputtering. Como sustratos no metálicos se ha empleado vidrio y los polímeros Tedlar, poliéster y policarbonato. Este último en dos presentaciones, transparente y translucido de color blanco. Entre los materiales depositados por las tres técnicas antes mencionadas: CuxS (varias estequiometrias), ZnO, ZrO2, TiO2, SiO2, Al, Cu, Co, Ti. Estos materiales se han depositado de forma individual, formando multicapas de capas de composición homogénea, o de composición heterogénea.
Cuando la resistencia del sustrato lo ha permitido, se ha empleado el spray pirolisis, siendo el CuxS el material base depositado sobre vidrio, acero y aluminio. Sobre la capa de CuxS se han depositado, ZnO y ZrO2. Por dificultades con la temperatura y por las condiciones de spray, el SiO2 fue depositado por magnetrón sputtering sobre el CuxS. La finalidad de estas capas de óxido es la de actuar como capa antireflectante y protectora.
Por vía electroquímica se ha realizado el anodizado de aluminio en varios formatos de espesor y de acabado superficial, incluido en forma de capa gruesa de aluminio sobre polímero autoadhesivo. Una vez anodizado se ha realizado la metalización con Cu y Co.
Por magnetrón sputtering se ha depositado, CuS sobre vidrio y aluminio. Como capa metálica sobre polímero (Tedlar, poliéster y policarbonato) Al y Cu con la misión de formar el espejo infrarrojo. El Titanio se ha depositado sobre Al para modificar las propiedades ópticas de este. Se han depositado capas de ZnO y TiO2 sobre Al depositado previamente sobre el polímero. Y se han formado multicapas de composición variable, en la que han intervenido monocapas de Al, Ti, ZnO, TiO2, SiO2 y CuS.
Las distintas capas han sido caracterizadas, en composición estructura y morfología por distintas técnicas como TEM. HRTEM, SAED, EDAX, XPS, SEM, AFM, DRX, FFT-IR y perfilometría mecánica. En cuanto a sus propiedades ópticas por reflectometría hemisférica y transmisión en el rango UV-vis-NIR e IR. Se ha utilizado la técnica estadística de Planificación y Diseño de Experimentos, concretamente el Diseño Factorial completo de tres niveles (32) por su idoneidad para estudiar efectos no lineales y la posible interacción entre las variables. Se ha empleado está técnica para optimizar las propiedades selectivas de la capa. Se le ha dado importancia a los parámetros colorimétricos de las capas obtenidas por las implicaciones que tienen en la estética de integración en edificios. Finalmente se ha realizado modelado óptico de las capas, tanto para la determinación de las constantes ópticas de las capas obtenidas, como para la estimación de espesores y para poder predecir el comportamiento óptico con otros espesores y estructuras.
Esta tesis se ha estructura en tres capítulos, según la técnica de obtención de las capas, a los que se añade un primer capítulo de introducción general, en el que se revisa de forma general el concepto de superficie selectiva, así como los distintos métodos de obtención y caracterización de capa delgada, las propiedades ópticas y modelos ópticos, y finalmente un repaso a las bases de las técnicas y equipos empleados en la caracterización de las capas. El segundo capítulo recoge la experimentación llevada a cabo para la obtención de superficies selectivas mediante la técnica de spray pirolisis. El tercer capítulo versa sobre la obtención de superficies selectivas mediante técnicas electroquímicas. Y por último el cuarto capítulo trata sobre la obtención de superficies selectivas multipacas mediante la técnica del magnetrón sputtering.
