Conformado y caracterización de recubrimientos de óxido de cerio dopado con elementos bivalentes y trivalentes : Uso de la técnica de Screen Printing

Abstract

El Cerio (Ce) es el elemento más abundante de las tierras raras y forma con el Oxígeno una estructura cristalina tipo fluorita. Por otro lado, el Óxido Cerio (IV), CeO2, es un compuesto químico que se obtiene, comúnmente, calcinando el Oxalato de Cerio (CeO2CCO2Ce) o el Hidróxido de Cerio [Ce(OH)4]. El estudio de la Ceria (CeO2) es de gran interés por su posible uso tecnológico en la fabricación de electrolitos para celdas de combustible de óxido sólido o SOFC (acrónimo en inglés de Solid Oxide Fuel Combustible) y como sensor de gas, debido a su relativamente alta conductividad iónica. En este óxido, los iones de Oxígeno difunden relativamente fácil a través de la estructura y para activar este proceso se requieren temperaturas entre 500 y 800°C (temperaturas “intermedias” si se consideran las de otros electrolitos). Además, la Ceria sin dopar, y también dopada, presenta conductividad electrónica a alta y baja presión parcial de Oxígeno debido a la formación de pequeños polarones, cuasipartículas compuestas por un electrón y un campo de deformaciones asociado. Sin embargo, desde el punto de vista de su aplicación tecnológica, es muy importante que la Ceria dopada presente una amplia región electrolítica, donde la conductividad iónica predomine, ya que esto la hace apta como electrolito para la fabricación de pilas SOFC. Un efecto importante es que la incorporación de dopantes al CeO2, impurezas con unas características específicas de tamaño y valencia, generará vacantes de oxígeno en la estructura del cristal, sin necesidad de añadir soportes electrónicos de carga, aumentando así su conductividad iónica y por lo tanto mejorando su comportamiento como electrolito. En la presente investigación, se estudió la obtención de Óxido de Cerio utilizando el método denominado Precursor Polimérico (Pechini), usando para ello como precursor de Cerio, el Nitrato Penta-hidratado de Cerio. Con este proceso de síntesis, se controló tanto el tamaño y distribución de tamaño de partícula, como su morfología. Por otro lado, si se considera la obtención de piezas cerámicas, existen diversos métodos de conformado que pueden afectarlas propiedades físicas del sólido, destacándose entre ellos, por su relativa fácil realización, los métodos de prensado y coloidal, y la conformación en película. Específicamente dentro de las diferentes técnicas para conformar películas se encuentra el método denominado „Screen Printing‟, en éste, los polvos sintetizados se utilizan para conformar una tinta empleando para ello principalmente solventes orgánicos. La tinta estable se depositó de manera adecuada sobre un sustrato obteniéndose una película que, posteriormente, se trató térmicamente para darle consistencia y propiciar su densificación. El procedimiento anteriormente mencionado permitió obtener películas bien conformadas de Ceria, sin y con dopado. Estas películas se caracterizaron microestructural y funcionalmente; para determinar sus características eléctricas se hizo uso de la Espectroscopia de Impedancia Compleja.