El microondas se va de la casa … al laboratorio Dra. Yamilet Rodríguez Lazcano Universidad Autónoma de Nayarit Área de Ciencias Básicas e Ingenierías Miembro de la Red de Energía Solar Casi todos tenemos un horno de microondas en nuestra casa. Muchos lo utilizan solo para calentar la taza con agua para el café o el plato con la comida del día anterior; los menos, para guisar. Pero definitivamente es un electrodoméstico muy utilizado en nuestros días. En 1954 se introdujo el primer microondas comercial para el hogar. Estos equipos tienen un magnetrón que genera ondas electromagnéticas en el intervalo de las microondas. La figura 1 muestra el espectro electromagnético. Los hornos caseros funcionan a una frecuencia de 2.45 GHz. Su funcionamiento se basa en que la radiación electromagnética hace que las moléculas de agua contenidas en los alimentos traten de alinearse con el campo. El movimiento rotacional de las moléculas al intentar orientarse con el campo produce fricciones y colisiones responsables del calentamiento. Figura 1: Espectro electromagnético (tomado de internet) En el método de calentamiento convencional el calor se obtiene mediante una fuente externa y llega a la solución pasando a través de las paredes del recipiente. Este es un método lento de transferir energía ya que depende de la conductividad térmica de los materiales que tiene que atravesar el calor; esto hace que la temperatura no sea homogénea. Además es ineficiente ya que se pierde mucha energía. En el método de calentamiento por microondas, éstas se acoplan directamente con las moléculas presentes en la reacción, produciendo un aumento rápido de la temperatura, lo cual se traduce en un calentamiento instantáneo y localizado, lo que lo hace más eficiente. En la síntesis por microondas hay una interacción entre la radiación electromagnética y el momento dipolar de las moléculas que sirven como solvente; a medida que el solvente es más polar se acopla mejor con la energía del microondas y el calentamiento es más rápido. La figura 2 muestra el esquema de ambos tipos de calentamientos. Figura 2: Calentamiento convencional y por microondas (tomado de ref. [1]). Los hornos de microondas ya han pasado al laboratorio como una técnica de síntesis de materiales. La técnica de microondas se empezó a utilizar desde mediados de los 80 en la síntesis de materiales orgánicos; en especial en la industria farmacéutica debido a la disminución de los tiempos para obtener el compuesto. Sin embargo, la síntesis de inorgánicos semiconductores es más reciente y solo hay reportado pocos materiales, entre los que se encuentran las nanopartículas de Cu2ZnSnSe4 para aplicaciones fotovoltaicas y en la producción de hidrógeno [2]. Otros materiales estudiados incluyen micropartículas de Cu2ZnSnS4 [3], calcopiritas policristalinas de CuInS2, CuInSe2 y CuInSSe [4], así como nanopartículas de CdTe [5], ZnSe [6], ZnO [7], entre otros. Hay que aclarar que los primeros experimentos de investigación se realizaron en hornos caseros. Los microondas de laboratorio funcionan con la misma frecuencia que los domésticos, o sea, 2.45 GHz. En estos equipos se puede variar el tiempo de la síntesis y la temperatura a la que queremos que se caliente el sistema. En el mercado existen dos tipos de hornos de microondas para laboratorio, el monomodal y el multimodal. El equipo multimodal tiene un rotor que puede contener varios tubos donde se vacía la solución por lo que se puede obtener mayor volumen del material a sintetizar con el consiguiente ahorro de energía y tiempo. El equipo monomodal solo tiene capacidad para un tubo. En la Universidad Autónoma de Nayarit (UAN) se cuenta con un microondas tipo monomodal y en el Instituto de Energías Renovables de la UNAM con uno tipo multimodal. La figuras 3 y 4 muestran fotos del equipo de la UAN y del IER-UNAM, respectivamente. Figura 3: Equipo de microondas monomodal de la UAN. Figura 4: Equipo de microondas multimodal del IER-UNAM. A modo de conclusión podemos decir que la síntesis por microondas es un método relativamente sencillo con el cual podemos obtener materiales para diferentes aplicaciones que incidan directamente en la mejora de la calidad de vida cotidiana. Agradecimientos Se agradece a la Red Temática de Energía Solar del CONACyT- proyecto número 271615 y al proyecto de Ciencia Básica del CONACyT, No. 258849, por el apoyo económico para realizar una estancia de investigación en el IER-UNAM. Así mismo, a DGAPA-PAPIIT IN113014, CONACYT-LIFYCS-123122 y CeMIE-Sol proyecto 35, por las facilidades brindadas. Referencias [1] Ma. Raquel Carballido Reboredo, Tesis de Doctorado, Universidad de Santiago de Compostela, España (2007), p 14. [2] Odín Reyes Vallejo, Tesis de Maestría, IER- UNAM (2015). [3] R. Saravana Kumar, et al, Materials Letters 86, 174 (2012). [4] C. Landrt, et al., Material Research Society Symposium Proceeding 347, 89 (1994). [5] Qing Song, et al., Chem. Commun. 46, 4971 (2010). [6] Mohd. Shakir, et al., Solid State Communications 149, 2047 (2009). [7] M. Hasanpoor, M. Aliofkhazraeia, H. Delavari, Procedia Materials Science 11, 320 (2015).
