Estudia
- Artes y humanidades
- Ciencias
- Ciencias de la salud
- Ciencias sociales y jurídicas
-
Ingeniería y arquitectura
- Doble Máster Universitario en Ingeniería Industrial e Ingeniería Energética
- Máster Erasmus Mundus en Ingeniería Mecatrónica
- Máster Universitario Erasmus Mundus en Tecnología y Gestión para la Economía Circular
- Máster Erasmus Mundus en Transporte Sostenible y Sistemas Eléctricos de Potencia
- Máster Universitario en Ciencia y Tecnología de Materiales
- Máster Universitario en Conversión de Energía Eléctrica y Sistemas de Potencia
- Máster Universitario en Conversión de Energía Eléctrica y Sistemas de Potencia (Plan antiguo)
- Máster Universitario en Dirección de Proyectos
- Máster Universitario en Geotecnología y Desarrollo de Proyectos SIG
- Máster Universitario en Ingeniería de Automatización e Informática Industrial
- Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos
- Máster Universitario en Ingeniería de Minas
- Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación
- Máster Universitario en Ingeniería Energética
- Máster Universitario en Ingeniería Industrial
- Máster Universitario en Ingeniería Informática
- Máster Universitario en Ingeniería Mecatrónica
- Máster Universitario en Ingeniería Química
- Máster Universitario en Ingeniería Web (nuevo-implantación en curso 2024-25)
- Máster Universitario en Ingeniería Web (En Extinción)
- Máster Universitario en Integridad y Durabilidad de Materiales, Componentes y Estructuras
- Máster Universitario en Náutica y Gestión del Transporte Marítimo
- Máster Universitario en Tecnologías Marinas y Mantenimiento
- Máster Universitario en Prevención de Riesgos Laborales
- Información, acceso y becas
Técnicas de Análisis y Caracterización de Materiales I
- Prácticas de Aula/Semina (3 Hours)
- Clases Expositivas (17.5 Hours)
- Prácticas de Laboratorio (2 Hours)
Los contenidos de la asignatura obligatoria “Técnicas de análisis y de caracterización de los materiales I”, perteneciente al Máster universitario en Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad de Oviedo, tienen un carácter básico dado que cualquier propiedad físico-química de un material sólido está determinada por la estructura de este a la escala atómica. La asignatura pertenece al “Módulo de Propiedades y Caracterización de Materiales”.
En esta asignatura se tratarán los conceptos fundamentales relacionados con la estructura de los materiales. En primer lugar, se dará una formación básica sobre cristalografía (red directa, red recíproca, grupos de simetría puntual y espacial, …), para seguidamente presentar una teoría general de la difracción que pueda ser aplicada a los diferentes experimentos de difracción (polvo, monocristal, magnética, …) realizados con diferentes sondas (rayos x, neutrones y electrones). En especial, se abordará el gran abanico de posibilidades que se abre con las nuevas grandes instalaciones (sincrotrones y fuentes de neutrones) para investigación en Ciencia de Materiales. Una vez el alumno haya adquirido los conocimientos básicos necesarios se pasará a los contenidos prácticos de la asignatura, en los que se analizarán patrones de difracción de diferentes materiales reales, para obtener información estructural y/o magnética detallada. Se dará también una visión global de diversas técnicas de caracterización estructural y magnética complementarias a la difracción.
Las principales competencias que se adquirirán los estudiantes que cursen esta asignatura son las siguientes:
- Capacidad para interpretar información sobre estructura cristalina (grupos de espacio, simetría, etc).
- Capacidad para distinguir entre los diferentes tipos de ordenamientos atómicos en materiales sólidos (monocristales, policristales, amorfos, vidrios, etc).
- Capacidad para interpretar patrones de difracción de rayos x, neutrones y electrones.
- Capacidad para extraer información estructural precisa utilizando software especializado para difracción de monocristal y en polvo.
- Capacidad para seleccionar las condiciones experimentales más apropiadas para llevar a cabo un experimento de dispersión de rayos x y/o neutrones en grandes instalaciones.
- Capacidad para utilizar bases de datos específicas sobre cristalografía y difracción.
Los tres profesores que imparten esta asignatura poseen una amplia y contrastada experiencia de más de 20 años en el manejo y en el uso de dispersión de rayos x, neutrones y electrones. Estos profesores participan en proyectos de investigación en el campo de la Ciencia de Materiales dedicados a la correlación entre la estructura y las propiedades físico-químicas de los materiales, aspecto fundamental para el diseño de nuevos materiales con funcionalidades específicas. Para el desarrollo de las clases prácticas de laboratorio se dispone de diferentes difractómetros de rayos x de polvo y de monocristal en los Servicios Científicos Técnicos de la Universidad de Oviedo. También se proporcionarán patrones de difracción de neutrones (obtenidos en fuentes de estalación y reactores nucleares para investigación) y de rayos x (obtenidos en sincrotrón). Para el análisis de los difractogramas se utilizará el paquete de software “FullProf suite”.
La asignatura “Técnicas de análisis y de caracterización de los materiales I” ofrece los conocimientos básicos necesarios para determinar la estructura de los materiales, que es de gran interés debido a la íntima correlación existente entre las propiedades y la estructura de un material. Los contenidos de esta asignatura son, por tanto, fundamentales para que el alumno logre una mejor comprensión de otras asignaturas optativas en las que se estudian diferentes tipos o familias de materiales.
Dado que el Máster en Ciencia y Tecnología de Materiales pretende acoger estudiantes de procedencia diversa que hayan cursado previamente bien grados en ciencias o en ingenierías y siendo además esta una de las asignaturas obligatorias del Máster, no se requiere requisito adicional alguno. Solo se presupone que cualquier alumno que accede a cursar este Máster tiene unas nociones mínimas de ciencia de materiales.
Los objetivos de la asignatura “Técnicas de análisis y de caracterización de los materiales I” se concretan del modo que sigue:
Conocimientos
- Conocer los fundamentos de la cristalografía y de la simetría cristalina.
- Conocer los conceptos básicos de la teoría de la difracción.
- Conocer las técnicas de difracción de rayos x, neutrones y electrones.
- Conocer los fundamentos de las técnicas basadas en la absorción de rayos x y otras técnicas complementarias para la caracterización estructural de los materiales.
- Conocer la gran diversidad de experimentos que pueden llevarse a cabo en Grandes Instalaciones (sincrotrones y fuentes de neutrones).
- Conocer el software más utilizado para el análisis de datos de difracción.
Habilidades
- Diferenciar y reconocer las diferentes estructuras cristalinas.
- Interpretar y obtener información estructural precisa de los patrones de difracción.
- Utilizar con soltura el software específico para difracción.
- Planificar y programar experimentos en difractómetros de laboratorio.
- Plantear propuestas de experimentos en Grandes Instalaciones.
- Desarrollar trabajos y discusiones en grupo.
- Desarrollar la capacidad de síntesis y aplicar el método científico para la resolución de problemas concretos.
- Exposición rigurosa de aspectos relacionados con la estructura cristalina de acuerdo con los criterios científicos.
Actitudes
- Crear en el estudiante una inquietud investigadora.
- Dotar al estudiante de un sentido organizativo de cara a realizar trabajos en grupo.
- Formación de un espíritu abierto, crítico y emprendedor.
Competencias básicas:
CB6: Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
CB7: Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB8: Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y ticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
CB9: Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades
CB10: Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo
Competencias generales:
CG1: Capacitar al estudiante para integrarse en un grupo de trabajo de cara a desarrollar proyectos de investigación y/o desarrollo en el campo de la ciencia y la tecnología de los materiales.
CG2: Ser capaz de resolver problemas complejos y tomar decisiones comprometidas en el ámbito de la ciencia y la tecnología de los materiales.
CG3: Poder llevar a cabo un trabajo de investigaci n en ciencia y tecnología de materiales utilizando las fuentes bibliográficas existentes y los equipamientos de ensayo disponibles.
CG4: Habilidad para comunicar trabajos científico-técnicos sobre ciencia y tecnología de materiales, oralmente y por escrito, tanto a públicos especializados como a no especializados, de un modo claro y conciso.
CG5: Aptitud de estudio, s ntesis y autonom a suficientes para, una vez finalizado este programa formativo, iniciar una Tesis Doctoral en el campo de la ciencia y la tecnología de los materiales.
Competencias específicas:
CE4: Habilidad para manejar y utilizar las diferentes técnicas de ensayo empleadas en la caracterización de los materiales (difracción, técnicas espectroscópicas, microscopía óptica y electrónica, análisis térmico, …), para realizar las correspondientes medidas y para interpretar los resultados obtenidos en estos ensayos.
CE5: Capacidad para cuantificar de manera precisa la microestructura de cualquier material.
CE6: Posibilidad de combinar las diferentes técnicas de caracterización existentes para obtener información detallada de los materiales objeto de estudio y resolver los problemas prácticos que se pudieran plantear.
CE10: Capacidad para manejar los equipamientos científicos, para diseñar experimentos concretos y para interpretar los resultados obtenidos de los mismos.
Los contenidos de la asignatura “Técnicas de análisis y de caracterización de los materiales I” se han distribuido de acuerdo a los siguientes temas:
- Fundamentos de cristalografía: Simetría cristalina. Noción de red cristalina (red de Bravais y motivo). Simetrías de traslación, puntuales y no puntuales. Grupos de simetría (puntuales y espaciales). Planos de la red (índices de Miller). Red recíproca.
- Teoría general de la difracción: Introducción a la dispersión elástica de partículas (fotones, neutrones, electrones) por la materia. Factor de estructura. Factor de forma. Ecuación de Laue. Ley de Bragg. Construcción de Ewald. Reglas de selección. Intensidad integrada.
- Técnicas de difracción de rayos x, neutrones y electrones: Características y propiedades de los rayos x, neutrones y electrones para satisfacer las condiciones de difracción por la materia. Ventajas y desventajas del uso de unas sondas u otras dependiendo del material a estudio. Componentes de un difractómetro (generador de partículas, goniómetro, detector, portamuestras). Tipos de difractómetros (monocristal, polvo, etc).
- Grandes instalaciones, sincrotrones y fuentes de neutrones: Evolución histórica de las diferentes fuentes de producción de rayos x, neutrones y electrones. Sincrotrones. Fuentes de neutrones (reactores y fuentes de espalación). Características de los diferentes instrumentos. Planteamiento de propuestas para realizar experimentos. Organigrama y estructura de gestión de Grandes Instalación.
- Análisis de difractogramas y manejo de software basado en el método de Rietveld: Introducción a los paquetes de software habituales de difractogramas (FullProf suite y GSAS). Ejercicios prácticos.
- Técnicas basadas en absorción de rayos x: EXAFS, XANES, XMCD: Introducción a las técnicas de absorción de rayos X. Complementariedad con las técnicas difracción. Ejemplos característicos en diferentes tipos de materiales.
- Otras técnicas de caracterización estructural y magnética: Mössbauer, EPR, …: Introducción a técnicas de espectroscopia y magnetometría utilizadas habitualmente. Complementariedad con las técnicas difracción. Ejemplos característicos en diferentes tipos de materiales.
- Caracterización estructural de materiales sólidos no cristalinos: Tipos de desorden. Función de correlación de pares. Técnicas de caracterización de materiales no cristalinos. Ejemplos ilustrativos en diferentes tipos de materiales.
Con objeto de racionalizar la organización docente de la asignatura, se ha realizado la distribución de sus contenidos con arreglo a la siguiente tipología de modalidades docentes:
Presenciales
- Clases expositivas
- Prácticas de aula/Seminarios
- Prácticas de laboratorio/campo.
- Tutorías grupales
- Exposición de trabajos realizados en grupo
- Sesiones de evaluación
No presenciales
- Trabajo autónomo
- Trabajo en grupo
Las clases expositivas se complementan con la realización de ejercicios prácticos y con unas clases prácticas de laboratorio en las que se utilizarán los difractómetros disponibles en los Servicios Científico Técnicos de la Universidad de Oviedo. Se revisará la metodología experimental para llevarlos a cabo, de acuerdo con la normativa internacional existente.
Otra tarea importante que se llevará a cabo será el análisis de casos prácticos consistente en la resolución de estructuras cristalinas de materiales reales. Se formarán grupos reducidos de alumnos con el objeto de facilitar la comprensión y coordinación del trabajo. Se programarán sesiones de discusión y debate entre los alumnos, animados por los profesores que imparten la asignatura, con el fin de despertar el espíritu crítico.
En la Tabla 1 se presenta la distribución de los contenidos de la asignatura por horas. Esta organización docente recoge también el orden de impartición de los diferentes temas que componen la asignatura.
Temas | Horas Totales | Clases Expositivas | Prácticas Aula/Seminarios | Prácticas Laboratorio/Campo | Tutorías Grupales | Exposición Trabajos Grupo | Sesiones de Evaluación | Total | Trabajo Grupo | Trabajo Autónomo | Total |
1. Fundamentos de Cristalografía | 15 | 3 | -- | -- | -- | -- | -- | 3 | -- | 12 | 12 |
2. Teoría general de la difracción | 12 | 2 | -- | -- | -- | -- | -- | 2 | -- | 10 | 10 |
3. Técnicas de difracción de rayos x, neutrones y electrones | 10 | 4 | -- | -- | -- | -- | -- | 4 | -- | 6 | 6 |
4. Grandes instalaciones, sincrotrones y fuentes de neutrones | 8 | 1 | 1 | -- | -- | -- | -- | 2 | -- | 6 | 6 |
5. Análisis de difractogramas y manejo de software basado en el método de Rietveld | 20 | 2 | -- | 2,5 | 1 | 2 | -- | 7,5 | 4 | 8,5 | 12,5 |
6. Técnicas basadas en absorción de rayos x: EXAFS, XANES, XMCD | 2 | 1 | -- | -- | -- | -- | -- | 1 | -- | 1 | 1 |
7. Otras técnicas de caracterización estructural y magnética: Mössbauer, EPR... | 2 | 1 | -- | -- | -- | -- | -- | 1 | -- | 1 | 1 |
8. Caracterización estructural de materiales sólidos no cristalinos | 5 | 1 | -- | -- | -- | -- | -- | 1 | -- | 4 | 4 |
9. Evaluación | 1 | -- | -- | -- | -- | -- | 1 | 1 | -- | -- | -- |
Total | 75 | 15 | 1 | 2,5 | 1 | 2 | 1 | 22,5 | 4 | 48,5 | 52,5 |
En la Tabla 2 se muestra el reparto horario de ambas modalidades docentes (presencial y no presencial) de la asignatura.
MODALIDADES | Horas | % | Totales | |
Presencial | Clases Expositivas | 15 | 67 | 22.5 (30%) |
Práctica de aula / Seminarios / Talleres | 1 | 4.3 | ||
Prácticas de laboratorio / campo / aula de informática / aula de idiomas | 2.5 | 11.1 | ||
Tutorías grupales | 1 | 4.3 | ||
Exposición trabajos en grupo | 2 | 9 | ||
Prácticas Externas | -- | -- | ||
Sesiones de evaluación | 1 | 4.3 | ||
No presencial | Trabajo en Grupo | 4 | 8 | 52.5 (70%) |
Trabajo Individual | 48.5 | 92 | ||
Total | 100 |
Por último, la Tabla 3 expone el reparto temporal de los temas que componen la asignatura durante las semanas del cuatrimestre en el que ésta se desarrolla.
Temas | Semanas |
1. Fundamentos de cristalografía | 1 y 2 |
2. Teoría general de la difracción | 3 y 4 |
3. Técnicas de difracción de rayos x, neutrones y electrones | 5 y 6 |
4. Grandes instalaciones, sincrotrones y fuentes de neutrones | 7 y 8 |
5. Análisis de difractogramas y manejo de software basado en el método de Rietveld | 9, 10, 11 y 12 |
6. Técnicas basadas en absorción de rayos x: EXAFS, XANES, XMCD | 13 |
7. Otras técnicas de caracterización estructural y magnética: Mössbauer, EPR, … | 14 |
8. Caracterización estructural de materiales sólidos no cristalinos | 15 |
9. Evaluación | Habrá 2 sesiones de evaluación de media hora cada una distribuidas a lo largo del curso. |
Se establecen los siguientes sistemas de evaluación de la asignatura:
- Evaluación continua: adecuada para los alumnos que asistan a las clases con regularidad y participen en las actividades presenciales.
- Evaluación diferenciada: adecuada para estudiantes a tiempo parcial que no pueden acudir a las clases.
En la evaluación continua se evaluará de forma continua la comprensión del alumno a lo largo de todo el curso. El desarrollo del proceso evaluador se detalla a continuación.
A lo largo del curso se llevarán a cabo una serie de sesiones cortas de pruebas escritas consistentes en la ejecución de algunos ejercicios y la respuesta a cuestionarios muy concretos, correspondiendo la evaluación de estas tareas a un 55% de la calificación final del estudiante.
Se propondrá diferentes tipos de ejercicios prácticos cuya realización será obligatoria para una posterior exposición oral e individual de los resultados obtenidos. Estas tareas supondrán un 20% de la calificación final del estudiante.
Las sesiones prácticas en el laboratorio son obligatorias, los/las alumnos/as elaborarán un informe (5% de la calificación final) y plantearán un pequeño proyecto sobre el análisis de los patrones de difracción de un material concreto proporcionado por los profesores (20% de la calificación final).
Para la evaluación diferenciada, el proceso de evaluación se detalla a continuación:
El estudiante realizará un examen final consistente en la ejecución de algunos ejercicios y la respuesta a cuestionarios. Esta prueba corresponde con un 55% de la calificación final.
El alumno realizará una exposición oral e individual de los ejercicios prácticos planteados durante el curso. Esta tarea supondrá un 20% de la calificación final del estudiante.
Las sesiones prácticas en el laboratorio son obligatorias; los/las alumnos/as elaborarán un informe (5% de la calificación final) y plantearán un pequeño proyecto de análisis de patrones de difracción de un material concreto (20% de la calificación final).
Evaluación del proceso docente.
La evaluación del proceso docente se realizará a partir de un autoinforme conjunto que cubrirán cada año los profesores responsables de la asignatura y del conjunto de respuestas de los alumnos a una encuesta que será confeccionada con esta finalidad evaluadora.
La Comisión Gestora del Máster, con el apoyo y asesoramiento del Vicerrectorado de Ordenación Académica y Nuevas Titulaciones de la universidad de Oviedo, se encargarán de preparar los formatos del autoinforme y de las encuestas y de su distribución al final del periodo docente de la asignatura. También esta misma Comisión, a la vista del autoinforme y encuestas, propondrá las recomendaciones y acciones correctoras pertinentes.
Los estudiantes podrán utilizar los libros especializados de consulta, ubicados tanto en las bibliotecas de la Universidad de Oviedo como en el seminario del departamento de Ciencia de los Materiales, que se exponen a continuación:
- 1. J. F. Nye, “Physical Properties of Crystals”, (1995), Oxford Science Publications.
- 2. B. D. Cullity, “Elements of X-ray diffraction”, (1956), Addison Wesley, London.
- 3. J. Baruchel et al., “Neutron and synchrotron radiation for condensed matter studies”, (1993), Springer Werlag, Berlin.
- 3. Martin T. Dove, “Structure and Dynamics”; (2003), OxfordUniversity Press.
- 4. Christopher Hammond, “The Basics of Crystallography and Diffraction”, (1997), OxfordUniversity Press.
- 5. C. Giacovazzo, “Fundamentals of Crystallography”, (2000), IUcr, OxfordUniversity Press.
- 6. C. Kittel, “Introduction to SoliState Physics”, (1986), John Wiley & Sons, Inc.
- 7. Mary Anne White, “Properties of Materials”, (1999), OxfordUniversity Press.
- 7. Richard Turton, “The Physics of Solids”, (2000), OxfordUniversity Press.
- 9. Pat L. Mangonon, “Ciencia de Materiales, selección y diseño”, (2001), Pearson Educación.
- 10. “International Tables of Crystallography”, IUCr, Kluwer. (Tomos A, B, C, D, E).
Finalmente, los estudiantes podrán hacer uso de las salas de ordenadores existentes en la Escuela de Politécnica de Mieres para el análisis de patrones de difracción mediante la suite FullProf.