MONIDIEL (TEC2008-04109): Proyecto sobre monitorización del procesado de nanopolvos mediante dielectrometría

Los nanopolvos están adquiriendo una importancia cada vez mayor en sectores tan estratégicos cono el energético, el de defensa o el aeroespacial, donde sus especiales propiedades les dan unas posibilidades únicas. En este contexto, la energía de microondas se considera como una tecnología muy interesante para el procesado de los nanopolvos.

El sinterizado por microondas ha emergido recientemente como un nuevo método para sinterizar numerosos materiales que presenta una serie de ventajas frente a los métodos de sinterizado convencionales. Las principales son: (1) Rápida distribución del calor de manera uniforme. (2) Los materiales requieren mucha menor energía para ser  sinterizados con microondas que con métodos convencionales. (3) Los procesos de difusión del calor se intensifican con el uso de las microondas. (4) Se alcanzan velocidades de calentamiento mucho mayores y por tanto el tiempo de sinterizado se reduce. (5) Generalmente las microondas proporcionan una mayor densidad en el material sinterizado, así como una mejor distribución de las partículas. (6) De ello se derivan unas mejores propiedades físicas y mecánicas de los productos sinterizados.

A pesar de las indiscutibles ventajas que proporcionan las microondas frente a los métodos convencionales de calentamiento, la industria es todavía reticente a incorporar esta tecnología en los procesos y se tiene la idea de que los procesos por microondas son extremadamente complicados. En general, la aplicación de microondas en el campo de la sinterización de nanopolvos implica el uso de equipos sofisticados. La falta de un conocimiento profundo de este tipo de calentamiento ha sido el principal motivo de su baja transferencia a la industria. A pesar de los importantes avances logrados en los últimos años, es necesario enfatizar la investigación básica para poder conocer mejor la interacción entre las microondas y estos materiales.

Con esta finalidad, el área de microondas (DIMAS) del instituto de investigación ITACA de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) está participando en el proyecto “Monitorización in situ de nanopolvos y procesos por dielectrometría de microondas -MONIDIEL- (TEC2008-04109)” con el objetivo de desarrollar equipamiento específico para profundizar en el conocimiento de la interacción entre las microondas y los materiales, especialmente los nanopolvos. Este proyecto está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, y dentro del Plan Nacional de Investigación pertenece a la acción estratégica “nanociencia, nanomateriales, nuevos materiales y nuevos procesos industriales” con la finalidad de aumentar la competitividad de la industria española. La acción tiene como objetivo promover la transferencia del nuevo conocimiento a la industria. El proyecto comenzó en enero de 2009, con una duración de tres años.

En el proyecto se están desarrollando diferentes equipos para llevar a cabo la monitorización de las propiedades dieléctricas de materiales (nanopolvos) a frecuencia de microondas, de forma simultánea al calentamiento de dichos materiales también con tecnología de microondas. También se estudian medidas de las propiedades dieléctricas de los materiales antes y después del proceso de calentamiento. Se está estudiando además el comportamiento de los materiales durante el calentamiento sometidos a campos eléctricos y magnéticos a frecuencias de microondas. La investigación se centra en estos momentos en el uso de esta tecnología de microondas para monitorizar el procesado de los nanopolvos en aplicaciones industriales.

La siguiente foto muestra uno de los equipos desarrollados en el proyecto MONIDIEL.

Los nuevos desarrollos realizados durante el proyecto, han dado lugar a las siguientes publicaciones:

[2009]

[1] Felipe L. Penaranda-Foix, Jose M. Catala-Civera, Antoni J. Canos-Marin and Beatriz Garcia-Banos, “Circuital Analysis of a Coaxial Re-Entrant Cavity for Performing Dielectric Measurement”, IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Boston (MA-USA), (ISBN 978-1-4244-2804-5), pp 1309 – 1312, 7-12 June 2009.

[2] Felipe L. Penaranda-Foix; Jose M. Catala-Civera; Beatriz Garcia-Baños; Antoni J. Canos-Marin, “Hole Effect in TM010 Cavities”, 11th International conference on Microwave and High Frequency Heating, Karlsuhe (Germany), Sept. 2009.

[3] José M. Catalá-Civera and Felipe Penaranda-Foix, “Advanced Microwave Measurements for High-Power Applications”, IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Boston (MA-USA), (ISBN 978-1-4244-2804-5), pp 1 – 33, 7-12 June 2009.

[4] R Nicula, M Stir, K Ishizaki, J M Catalá-Civera, S Vaucher, “Nanocrystallization of amorphous alloys using microwaves: In situ time-resolved synchrotron radiation studies”, Journal of Physics:Conference Series, IOP Publishing Ltd, Volume: 144, N12109, 2009, pp. 1-4.

[5] Nicula, K. Ishizaki, M. Stir, J.-M. Catala-Civera, and S. Vaucher, “Microwave energy absorption driven by dynamic structural and magnetization states in Fe85B15 metallic glass ribbons”, Applied Physics Letters, Volume: 95, N17 (174104), 2009, pp. 1-4.

[6] R Nicula, M Stir, K Ishizaki, J M Catalá-Civera, S Vaucher, “Rapid nanocrystallization of soft-magnetic amorphous alloys using microwave induction heating”, Scripta Materialia, Volume: 60, N2, 2009, pp. 120-123.

[7] Nicula, R., Ishizaki, K., Stir, M.; Catala-Civera, J.-M., Vaucher, S. “Microwave energy absorption driven by dynamic structural and magnetization states in Fe85B15 rnetallic glass ribbons”, Applied Physics Letters, Volume 95, Issue 17, id. 174104 (3 pages) (2009)

[8] L.M. Guardeño, M Hernandez-Carrion, J.M. Catalá-Civera, P. Plaza-González, L. Perez-Munuera, I. Hernando, “Improving Microwave Heating using Polysaccharides as Thickeners”, Czech Journal of Food Sciences, Special Issue from 6th Chemical Reactions in Food Conference, Vol. 27, 2009, pp. 342-345

[2010]

[9] Antoni J. Canós, Felipe L. Penaranda-Foix, Jose M. Catala-Civera and Beatriz Garcia-Banos, “Measurement of dielectric properties at high-temperatures in real-time with cylindrical cavity”, IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Anaheim (CA-USA), (ISBN: 978-1-4244-6057-1 ó 978-1-4244-6056-4), pp 1044-1047, 23-28 May 2010.

[10] Sébastien Vaucher, Laurent Bernau, Manuela Stir, Kotaro Ishizaki, José-Manuel Catala-Civera and Radu Nicula, “Microwave-induced electromigration in multicomponent metallic alloys”, IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Anaheim (CA-USA), (ISBN: 978-1-4244-6057-1), pp 1044-1047, 23-28 May 2010.

[11] L.M. Guardeño, J.M. Catalá-Civera, P. Plaza-González, T. Sanz, A. Salvador, S.M. Fiszman, I. Hernando “Dielectrical, microstructural and flow properties of sauce model systems based on starch, gums and salt”, Journ. of Food Engineering, Volume: 98, N1, 2010, pp. 34-43.

[2011]

[12] B. García-Baños, Antoni J. Canós, Felipe L. Peñaranda-Foix and Jose M. Catalá-Civera, “Non-invasive monitoring of polymer curing reactions by dielectrometry”, IEEE Sensors Journal, Vol. 11, N1, January 2011, pp 62-70.

[13] José M. Catalá-Civera,  Jose D. Gutiérrez Cano, Felipe L. Peñaranda-Foix and B. García-Baños, “Portable System for Dielectric Characterization of Materials at Microwave Frequencies”, Proc. of the 13th International Conference on Microwave and RF Heating, AMPERE 2011, September 5-9, 2011, Toulouse (FRANCE), pp. 127-130. ISBN: 978.2.85428.978.7

[14] B. García-Baños, Felipe L. Peñaranda-Foix, Pedro J. Plaza-Gonzalez and Antoni J. Canós, “Microwave Sensor for continuous monitoring of adhesives curing”, Proc. of the 13th International Conference on Microwave and RF Heating, AMPERE 2011, September 5-9, 2011, Toulouse (FRANCE), pp.145-149. ISBN: 978.2.85428.978.7

[15] Pedro J. Plaza-Gonzalez, Antoni J. Canós, Jose M. Catalá-Civera, Jose D. Gutiérrez Cano, “Complex Impedance Measurement System Around 2.45GHz in a Waveguide Portable System” Proc. of the 13th International Conference on Microwave and RF Heating, AMPERE 2011, September 5-9, 2011, Toulouse (FRANCE), pp. 447-450. ISBN: 978.2.85428.978.7

[16] Jose M. Catala-Civera,  et al., “Portable System for Dielectric Characterization of Materials at Microwave Frequencies”, Proc. of the 13th International Conf. on Microwave and RF Heating, AMPERE 2011, Toulouse (FRANCE), pp. 127-130. ISBN: 978.2.85428.978.7

[17] S. Vaucher, M. Stir, K. Ishizakia, J.-M. Catala-Civera and R. Nicula, “Reactive synthesis of Ti-Al intermetallics during microwave heating in an E-field maximum”, Thermochim. Acta, Vol. 522, Issues 1–2, August 2011, Pages 151–154

[18] Jose M. Catalá-Civera, Felipe L. Peñaranda-Foix, Jose Daniel Gutierrez, Pedro J. Plaza González, and Antoni J. Canós Marín, “Robust, Compact, Reliable and Portable Dielectric Properties Measurement System for Powder Materials at Microwave Frequencies” , Advances in Determining Material Parameters, 13th Seminar Computer Modeling in Microwave Engineering & Applications, Thun, Switzerland, March 7-8, 2011

[2012]

[19] B. García-Baños José M. Catalá-Civera, Felipe L. Peñaranda-Foix, Antoni J. Canós and Oscar Sahuquillo-Navarro, “Microwave sensor system for continuous monitoring of adhesive curing processes”, Meas. Sci. Technol. 23 (2012) 035101 (8pp).

[20] Felipe L. Penaranda-Foix, Michael D. Janezic, Jose M. Catala-Civera, and Antoni J. Canos-Marin, “Full-wave analysis of dielectric-loaded cylindrical waveguides and cavities using a new four-port ring network” Pendiente de aceptación en IEEE Microwave Theory and Techniques

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