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Síntesis en estado sólido

Las perovskitas inorgánicas de la estructura cristalina ABX3 mostrada se preparan mediante métodos de estado sólido por sus atractivas propiedades.

La síntesis en estado sólido, o método cerámico, se utiliza comúnmente para provocar una reacción química de los materiales de partida sólidos y formar un nuevo sólido con una estructura bien definida. Los productos finales son materiales policristalinos, cristales simples, vidrios y materiales de película fina que se utilizan mucho para aplicaciones energéticas y electrónicas.

Los compuestos metálicos de grano fino se combinan, peletizan y calientan a una temperatura controlada durante un tiempo específico. Algunos compuestos metálicos, como los óxidos metálicos o las sales metálicas, requieren condiciones extremas, como temperaturas y presión elevadas, para iniciar reacciones en un flujo fundido o en una fase de vapor de condensación rápida. Este proceso se conoce a menudo como química de “agitar y hornear” o “calentar y batir”.

En la síntesis en estado sólido es particularmente importante caracterizar la velocidad de reacción. Las reacciones en estado sólido deben completarse, ya que las técnicas de purificación de los sólidos formados son muy limitadas. La velocidad de la reacción en estado sólido depende de las condiciones de reacción, como las propiedades estructurales, la forma y la superficie de los reactantes, la velocidad de difusión y las propiedades termodinámicas asociadas a la nucleación/reacción. Las propiedades químicas y físicas de los materiales finales vienen determinadas por los precursores químicos y las técnicas de preparación.

Las técnicas modernas de preparación para el estado sólido no se limitan a variaciones en el método cerámico. En la metátesis en estado sólido, una fuente de energía (por ejemplo, llama, molino de bolas) inicia las reacciones de los compuestos metálicos y el calor liberado durante la formación de los productos y los subproductos las propaga. En los métodos sol-gel se utiliza una disolución concentrada o coloidal (el «sol»), que se calienta, se seca y se envejece secuencialmente para formar geles, revestimientos y nanomateriales. Los métodos solvotérmicos consisten en calentar disoluciones en un recipiente cerrado presurizado a temperaturas superiores al punto de ebullición estándar del disolvente orgánico elegido; si el disolvente es agua, se denomina método hidrotérmico. Muchos métodos sintéticos en los que se forma un material sólido, como los depósitos en fase de vapor, la intercalación, el crecimiento de cristales únicos y las síntesis de nanomateriales, pueden clasificarse como síntesis en estado sólido.


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