El óxido de zirconio estabilizado con óxido de itrio, Y2O3 – ZrO2 (YSZ) es uno de los materiales cerámicos más importantes debido a su amplia variedad de aplicaciones: Como recubrimientos térmicos de metales, como matriz para contener combustible en reactores nucleares y sus desechos, como electrolito en celdas de combustible de óxidos en estado sólido (SOFC, Solid Oxide Fuel Cells), en sensores y bombas de oxígeno. En las aplicaciones mencionadas un componente fundamental es la necesidad de contactos eléctricos (electrodos) o una interfase de contacto con la superficie metálica a la cual están aislando térmicamente. Además, estas interfases deben de ser químicamente muy estables bajo efectos de corrosión y el tiempo. Se ha documentado que los efectos de la irradiación con iones de sistemas metal-YSZ producen cambios en sus propiedades, entre ellos los de aumentar su resistencia. Debido a los procesos fuera del equilibrio termodinámico que ocurren durante la irradiación es posible la obtención de nuevas características y fases imposibles de alcanzar con procedimientos convencionales. Por ejemplo, en sistemas semejantes se ha logrado aumentar la conductividad eléctrica y la disminución de la conductividad térmica, lo cual ha despertado un gran interés._x000D_ _x000D_ En este proyecto se plantea estudiar los efectos en las propiedades de la superficie e interfase del sistema metal-YSZ al ser irradiado con iones pesados. Así también se plantea analizar los efectos de la incorporación de dopantes en el YSZ en la zona cercana a la interfase metal-YSZ, pues también contribuyen a modificar la conductividad iónica y eléctrica._x000D_ _x000D_ Dentro de los objetivos principales se encuentra buscar las condiciones de irradiación más convenientes para la síntesis de nuevas fases de estos materiales que puedan presentar mayor estabilidad, así como mejorar las propiedades deseadas en este tipo de materiales: disminuir el tamaño de grano en sus superficies e incrementar su porosidad manteniendo la estabilidad química, aumentar la conductividad iónica y eléctrica, disminuyendo la conductividad térmica._x000D_ _x000D_ Se propone la creación de capas metal-YSZ únicas o múltiples depositadas por medio de evaporación con cañón de electrones o RF “sputtering”, pues con ellas se obtienen recubrimientos uniformes, densos, resistentes a los esfuerzos y las fracturas. Estas muestras serán irradiadas a energías de MeV con iones pesados como Y o Zr para producir modificaciones en la superficie e interfases. Estos efectos estarán en función del tipo de iones y su energía, densidad de corriente, potencia de irradiación y temperatura de la muestra. Es conveniente mencionar que para efectos de mezclado y modificación de la superficie en este tipo de sistemas deben de utilizarse iones con masas semejantes a los del blanco a irradiar._x000D_ En otros casos se propone la implantación con átomos más ligeros de Na, Al o Si para dopar las regiones cercanas a la interfase._x000D_ _x000D_ Inicialmente se propone estudiar los efectos en el sistema Ni-YSZ que son los más empleados y posteriormente se propone realizarlo con otros compuestos o aleaciones metálicas. La caracterización de los efectos en las muestras y sus propiedades se realizarán por diversos métodos como: microscopía electrónica, métodos eléctricos y mecánicos, análisis con haces de iones, difracción de rayos X y en casos seleccionados utilizando radiación de sincrotrón._x000D_ _x000D_ Así, en este proyecto se plantea profundizar más en el conocimiento y control de los procesos que tienen lugar durante la misma irradiación con iones, pues de ellos dependen, principalmente, las propiedades funcionales que se consiga para estos materiales._x000D_

Por las propiedades inherentes al proceso de la irradiación con iones de un material a energías del orden de MeV: cambios fuera del equilibrio termodinámico e incorporación de impurezas más allá del límite de solubilidad, es posible sintetizar nuevas fases o características en un material que no es posible conseguir con métodos convencionales. Esto ha despertado mucho interés en el caso de sistemas metal-YSZ para el desarrollo de nuevos procesos de síntesis y propiedades del sistema._x000D_ _x000D_ Con este proyecto se busca determinar, entre otras, las condiciones óptimas para la creación de interfases metal-YSZ con propiedades favorables para su uso como ánodos en celdas de combustible de óxidos sólidos: Incrementar su relación de superficie catalítica y conductividad eléctrica e iónica, así como la disminución de la conductividad térmica. Así se estarán desarrollando nuevos procesos de síntesis de electrodos en cerámicas YSZ y consiguiendo nuevas aplicaciones funcionales de estos materiales._x000D_ _x000D_ Además se contribuiría también desarrollando procedimientos cercanos a los anteriores, pero ahora aplicados a la generación de nuevas interfases entre compuestos metálicos y recubrimientos térmicos a base de YSZ. _x000D_ _x000D_ También se estaría intentando contribuir a generar nuevas propiedades en electrolitos de YSZ para reducir las temperaturas de operación de las celdas de combustible de óxidos sólidos._x000D_ _x000D_ Se espera contribuir con mejoras a una cámara de “sputtering” para incrementar las posibilidades de depósitos y el monitoreo de propiedades in situ. Por ejemplo se estarían incorporando dos magnetrones para realizar depósitos alternos de dos diferentes compuestos sin tener que romper las condiciones de vacío de la cámara. Esto permitirá el desarrollo de sistemas de multicapas estructuradas._x000D_