Medida de la conductividad térmica de materiales porosos (grafeno/cerámicas) usando una cámara termográfica

El objetivo del presente Trabajo de Fin de Grado es el desarrollo y puesta a punto de un dispositivo experimental que permita medir conductividades térmicas de materiales cerámicos porosos con la ayuda de una cámara térmica. Los materiales cerámicos utilizados, o probetas, presentan forma de pastillas de pequeño tamaño -normalmente de unos 10 mm de lado o diámetro y 5 mm de espesor (figura I arriba), cuya estructura tridimensional porosa es consecuencia del método por el que fueron fabricadas: el robocasting. El robocasting es una técnica que recuerda a la impresión 3D, en la que se emplea una tinta cerámica especial. Esta tinta se elabora a partir de polvos cerámicos de carburo de silicio (SiC) u otros materiales, o de polvos nanométricos de materiales como el grafeno. En ocasiones se añaden aditivos como la itria (Y2O3), la alúmina (Al2O3) o algunas soluciones poliméricas para mejorar las propiedades. La tinta se introduce en una jeringa y se extruye por una aguja cuyo diámetro oscila entre los 250 y los 410 m. La tinta se va depositando en capas alternas, dando lugar a la morfología mostrada en la figura I (abajo). Cada uno de los hilos que extruye la aguja se denomina “rodillo”. Estos rodillos no son macizos, sino que a nivel interno presentan una estructura porosa. Así, estas muestras presentan una porosidad tanto microscópica (dentro de los rodillos) como macroscópica (agujeros del entramado tridimensional). Para medir sus conductividades se ha desarrollado un equipo basado en una metodología nunca antes planteada que ha permitido, por un lado, estudiar el comportamiento de estas muestras a temperaturas del orden de los 50 ºC y, por otro, estimar su conductividad en comparación con otros materiales cerámicos de referencia. Este dispositivo establecía un flujo de calor mediante dos células peltier1 a través de unas piezas metálicas (llamadas “testigos”) y cerámicas (probetas o muestras) colocadas en el centro del dispositivo. El aislamiento se llevó a cabo mediante fibra y lana de vidrio. Atendiendo a las interacciones que se observaron entre muestras y testigos, el montaje se optimizó hasta llegar a algo similar a lo expuesto en la figura II. Se emplearon dos piezas de cobre para transferir el calor, dos de acero inoxidable como referencia y la muestra a estudiar