Análisis de la técnica espectroscopía de desorción térmica (Tds) y su aplicación para la caracterización de sistemas Metal-Hidrógeno
Este trabajo presenta los desarrollos teóricos y experimentales realizados para estudiar la desorción de hidrógeno en sistemas metálicos por Espectroscopía de Desorción Térmica (TDS). Con esta técnica se estimula la desorción del gas contenido en el sistema mediante el calentamiento programado de la...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2000
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/4/1/1Castro.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Este trabajo presenta los desarrollos teóricos y experimentales realizados para estudiar la desorción de hidrógeno en sistemas metálicos por Espectroscopía de Desorción Térmica (TDS). Con esta técnica se estimula la desorción del gas contenido en el sistema mediante el calentamiento programado de la muestra. Para realizar el estudio se construyó un equipo original, de diseño propio, y se desarrollaron modelos de los procesos involucrados durante la desorción. Tanto el equipo como los modelos se aplican al análisis de la desorción de hidrógeno en un sistema real. Comenzamos analizando los modelos desarrollados para interpretar los resultados de los experimentos. Estos modelos tienen como característica más sobresaliente la consideración simultánea de procesos de difusión en el interior y de reacción en la superficie del material. En ellos se consideran sistemas metal-hidrógeno con una o dos fases termodinámicas. Presentamos resultados numéricos, simulaciones computacionales y aproximaciones analíticas de los modelos originales. Utilizando estos resultados analizamos las características más importantes de los espectros, según el proceso cinético relevante, y determinamos los cambios que surgen en las curvas al modificarse parámetros del material (energías de activación, geometría) y parámetros del experimento (velocidad de calentamiento, concentración inicial). Luego, presentamos un equipo original, diseñado y construido durante la ejecución de este trabajo para realizar los experimentos de TDS. Se describen sus características generales, sus componentes, el rango de operación y la sensibilidad, y también se realiza un análisis del espectro de fondo. Utilizamos el sistema Pd-H como banco de pruebas para el equipo y los modelos. Las muestras seleccionadas: polvos, gránulos, láminas y alambres de paladio, fueron caracterizadas previamente con el fin de analizar su composición, sus rasgos morfológicos y sus tamaños característicos. Se presentan los estudios realizados por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Difractometría de Rayos X (XRD) y Espectroscopía de Electrones Auger (AES). Más adelante, analizamos en detalle los espectros de desorción obtenidos en polvo de paladio. Del análisis de los espectros determinamos el mecanismo limitante para la desorción y las energías de activación características. Cuando el sistema se encuentra en la fase #beta# (hidruro) el mecanismo limitante es la recombinación y posterior desorción de dos átomos de hidrógeno en la superficie del material. Cuando la superficie del material se encuentra en la fase #alpha# (solución sólida) el mecanismo limitante es uno de los procesos que ocurren en la superficie del material: pasaje de un átomo de hidrógeno del interior hacia la superficie del material o recombinación de dos átomos de hidrógeno y posterior desorción en la superficie. Del ajuste de los espectros se obtienen energías de activación de 31 ± 6 kJ/mol para la desorción en la fase #beta# y de 35 ± 3 kJ/mol para la fase #alpha#. Los espectros del polvo se comparan luego con espectros obtenidos sobre gránulos, láminas y alambres de paladio. De esta comparación surge un análisis de los procesos de desorción como función del tamaño característico y de la geometría de las muestras. Finalmente, presentamos un estudio de la cinética de desorción en el sistema Pd-H bajo contaminación superficial con azufre. Esta contaminación produce como efectos principales un retardo en la absorción y en la desorción del gas sin una pérdida apreciable de la capacidad de absorción del material. El equipamiento experimental implementado y los modelos teóricos desarrollados posibilitaron el estudio de un sistema MH utilizando muestras con distinta morfología, geometría, tamaño característico, masa y estado superficial. Los espectros fueron medidos para diferentes concentraciones de hidrógeno y velocidades de calentamiento. Los resultados obtenidos permiten proponer la aplicación de la Espectroscopía de Desorción Térmica para el estudio y la caracterización de la desorción de hidrógeno en sistemas MH. Esta técnica resulta apropiada para el análisis detallado de las propiedades físicas de estos sistemas y para la evaluación cualitativa del comportamiento cinético y de su posible influencia en la operación de dispositivos tecnológicos |
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