Sistema de control de temperatura, monitoreo de humedad y pH para materiales de alta calid, Summaries of United Kingdom History

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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA Y

MONITOREO DE PH Y HUMEDAD DEL PROCESO SPIN COATING.

JUAN CARLOS BECERRA SUAREZ

SERGIO AMADO ESPINOSA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA Y

MONITOREO DE PH Y HUMEDAD DEL PROCESO SPIN COATING.

JJUAN CARLOS BECERRA SUAREZ

SERGIO AMADO ESPINOSA

Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones e Ingeniero Mecatrónico

Director Juan Manuel Núñez Magister Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI

Nota de aceptación:

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico e Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones

DIEGO FERNANDO ALMARIO

Jurado

JUAN CARLOS MENA

Jurado

Santiago de Cali, 17 de Abril de 2018

Dedico este trabajo principalmente a Dios, por todas las bonitas y buenas oportunidades que solo él ha puesto en mi camino, el llegar a este momento importante de mi vida y darme la familia que tengo, a mi madre por darme la vida, por ser la persona más valiente y dedicada, por hacerme crecer e impulsar con amor, cariño y consejos, a mi padre por ser ese persona ejemplar, que me forjo hábitos y valores, por su apoyo incondicional y nunca hacerme sentir solo, a mis hermanos que siempre me han brindado su amor y apoyo, a mi esposa por impulsarme a culminar mis estudios, por su amor incondicional, esfuerzo y dedicación que tiene con nuestra familia, a mis hijos Samuel y Mathías, que son el motor de mi vida, mi motivación e inspiración, a mi tía Madeleine por su amor y apoyo incondicional y en general a toda mi familia por esos buenos momentos compartidos.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios, mis padres, hermanos, esposa e hijos, por ser el motor fundamental en mi vida, por su apoyo incondicional para sacar adelante este proyecto.

Agradezco a los ingenieros Faruk Fonthal Rico y Juan Manuel Núñez por su apoyo, asesorías, orientación brindadas en este proyecto y a lo largo de la carrera.

Agradezco a mi compañero Juan Carlos Becerra, por la dedicación, esfuerzo y empeño que tuvo para que realizáramos este proyecto.

CONTENIDO

LISTA DE TABLAS

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE ANEXOS

• CONTENIDO Pág.
• GLOSARIO
• RESUMEN
• INTRODUCCION
• 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
• 2. JUSTIFICACIÓN
• 3. ANTECEDENTES
• 4. OBJETIVOS
• 4.1 OBJETIVO GENERAL
• 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• 5. MARCO TEORICO
• 6. METODOLOGIA
• 6.1 ETAPAS DISEÑO DEL PROYECTO
• 7. IDENTIFICACIONES DE NECESIDADES
• 7.1 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
• 7.2 ESPECIFICACIONES MÉTRICAS
• 7.3 ANALISIS DE LA CASA DE CALIDAD
• 8. GENERACION DE CONCEPTOS
• 8.1 DIAGRAMA DE CAJA NEGRA
• 8.2 DESCOMPENSACIÓN FUNCIONAL
• 8.3 ESPECIFICACIONES
• 8.4 DISEÑO DE CONCEPTOS
• Temperatura) 8.4.1 Sensado de las variables del proceso (pH, Humedad,
• 8.4.2 Acondicionamiento de Señal
• 8.4.3 Diseño e Implementación de un Agitador Magnético
• 8.4.4 Diseño de la Interfaz Hombre-Máquina
• 9. SELECCIÓN DE CONCEPTOS
• 9.1 Matriz para el tamizaje de conceptos
• 10. DISEÑO DETALLADO
• 10.1 DISEÑO ELECTRONICO (AGITADOR MAGNETICO).
• CONTROL Y VISUALIZACION DE TEMPERATURA. 10.2 ELABORACION AGITADOR MAGNETICO CON MONITOREO,
• PROCESO (HUMEDAD Y PH) 10.3 MONITOREO Y VISUALIZACION DE LAS VARIABLES DEL
• UNA INTERFAZ HMI 10.4 COMUNICACIÓN ENTRE EL DISPOSITIVO Y PC POR MEDIO DE
• 11. PRUEBAS Y VALIDACION DEL FUNCIONAMIENTO
• 12. RECOMENDACIONES
• 13. CONCLUSIONES
• BIBLIOGRAFIA
• ANEXOS
• Tabla 1. Requerimientos del sistema Pág.
• Tabla 2. Lista de especificaciones métricas
• Tabla 3. Especificaciones Técnicas DHT22
• Tabla 4. Especificaciones DHT11
• Tabla 5. Características del electrodo pH
• Tabla 6. Características Técnicas arduino
• Tabla 7. Tabla comparativa sensores de temperatura
• Tabla 8. Matriz de tamizaje selección sensor temperatura
• Tabla 9. Diferencias entre DHT11 y DHT22
• Tabla 10. Matriz de tamizaje selección sensor de humedad
• Tabla 11. Matriz de tamizaje selección sensor pH
• señal Tabla 12. Matriz de tamizaje selección tipo de acondicionamiento de
• Tabla 13. Tabla comparativa microcontroladores
• Tabla 14. Matriz tamizaje selección microcontrolador
• Tabla 15. Matriz tamizaje material base agitador
• Tabla 16. Matriz tamizaje material transferencia de calor
• calentamiento Tabla 17. Matriz tamizaje selección tipo de resistencia de
• Tabla 18. Matriz tamizaje selección generador movimiento agitación
• Tabla 19. Matriz tamizaje selección tipo ventilación
• Tabla 20. matriz tamizaje selección tipo de control
• Tabla 21. matriz tamizaje selección Display
• Tabla 22. matriz tamizaje selección equipo interfaz
• Tabla 23. Características de sustancia X en condiciones iniciales
• clorhídrico Tabla 24. Cambios del PH de la sustancia X con la adición del ácido
• Figura 1. Spin Coater pág.
• metodológicas que engloban la técnica Sol-Gel Figura 2. Descripción esquemática de las diversas vías
• Figura 3. Agitador Magnético Universidad Autónoma de Occidente
• Figura 4. Resistencias de calefacción
• Figura 5. Termistor ntcle100e3
• Figura 6. Termopar industrial
• Figura 7. Características Eléctricas DS18B20
• Figura 8. Transductor pH
• Figura 9. Estructura Micro controlador
• Figura 10. Estructura Relé
• Figura 11. Símbolo del TRIAC
• Figura 12. Funcionamiento del TRIAC
• Figura 13. TRIAC
• Figura 14. Opto acoplador
• Figura 15. Sistema de control lazo cerrado
• Figura 16. Metodología de diseño
• Figura 17. Diagrama caja negra
• Figura 18. Descomposición funcional
• Figura 19. Sensor Lm35
• Figura 20. Termocupla SFCS K
• Figura 21. Sensor de temperatura DS18B20
• Figura 22. Humistor
• Figura 23. Sensor de Humedad Relativa Hs
• Figura 24. Sensor de Humedad y Temperatura DHT22
• Figura 25. Sensor de Humedad y Temperatura DHT11
• Figura 26. Medidor de pH especial para arduino
• Figura 27. Electrodos usados para medir pH
• Figura 28. esquema sensor de pH análogo
• Figura 29. Placa Arduino UNO
• Figura 30. Resistencia tipo mica
• Figura 31. Resistencia tubular
• (b) e histéresis (C) Figura 32. Control on-off ideal (A), y modificaciones con zona muerta
• basándose en los errores de control pasados, presentes y futuros. Figura 33. Un controlador PID calcula su acción de control
• Figura 34. Display Oled
• Figura 35. Display de líneas
• Figura 36 Comportamiento salida vs tiempo
• Figura 37. Respuesta que presenta la planta - primer orden
• Figura 39. Agitador magnético comercial
• Figura 40. Base Agitador Magnético con ventilador 12V
• magnético Figura 41. Placa encargada de la transferencia de calor del agitador
• Figura 42. lm317
• Figura 43. Termoresistencias
• Figura 44. Compartimientos para las termoresistencias
• Figura 45. Base agitador Magnético con ventiladores 12V adicionales
• Figura 46. Esquema Montaje DS18B20
• Figura 47. resistencia pull - up según distancia cable
• Figura 48. Esquema Montaje LCD con Arduino UNO
• Figura 49. Visualización temperatura en LCD
• Figura 50. Diagrama de Flujo Control Temperatura
• Figura 51. Circuito de Potencia (Salida de la tarjeta)
• Figura 52. Funcionamiento opto acoplador - triac
• Figura 53. prueba corriente termoresistencias
• Figura 54. Conexión DHT22 – Arduino Uno
• Figura 55. Conexión Medidor pH Analógico – Arduino Uno
• Figura 56. Diagrama de Flujo Monitoreo pH y Humedad
• Figura 57. Caja negra monitoreo y visualización de pH y Humedad
• Figura 58. Circuitería interna Caja negra
• Figura 59. Interfaz Grafica
• LabVIEW Figura 60 Diagrama de Flujo Adquisición de datos y Visualización
• Figura 61. Diagrama de bloques en LabVIEW
• Figura 62. Montaje completo del equipo
• Figura 63. Sensor de Humedad
• Figura 64. Sensores de temperatura y PH
• Figura 65. Temperatura inicial sustancia X
• Figura 66. Valores Humedad y PH inicialmente de sustancia X
• Figura 67. temperatura de la Sustancia X transcurridos 2 minutos
• Figura 68. Temperatura de la Sustancia X transcurridos 3 minutos
• Figura 69. Temperatura de la Sustancia X transcurridos 5 minutos
• Figura 70. Temperatura de la Sustancia X transcurridos 7 minutos
• Figura 71. Ácido clorhídrico
• Figura 72. Adición del ácido clorhídrico por medio de un gotero
• Figura 73. Adición de 2 gotas de ácido clorhídrico a la sustancia X
• Figura 74. Adición de 4 gotas de ácido clorhídrico a la sustancia X
• Figura 75. Adición de 8 gotas de ácido clorhídrico a la sustancia X
• Figura 76. Adición de 12 gotas de ácido clorhídrico a la sustancia X
• Figura 77. Adición de 17 gotas de ácido clorhídrico a la sustancia X
• Anexo A. Casa de Calidad Pág.
• Anexo B. Código control de temperatura parte
• Anexo C. Código control de temperatura parte
• Anexo D. Código control de temperatura parte
• Anexo E. Código monitoreo pH y humedad parte
• Anexo F. Código monitoreo pH y humedad parte
• Anexo G. Código monitoreo pH y humedad parte
• Anexo H. Datos experimentales Datos Salida

GLOSARIO

HMI: Una interfaz de usuario asistida por ordenador, actualmente una interfaz de uso, también conocida como interfaz hombre-máquina (IHM), forma parte del programa informático que se comunica con el usuario.

BNC: ( Bayonet-Neill-Concelman o British Naval Connector ) son conectores para cables coaxiales.

RAM: La memoria principal o RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) es donde el computador guarda los datos que está utilizando en el momento presente.

ROM: Es memoria no volátil de solo lectura. Igualmente, también hay dos características a destacar en esta definición. La memoria ROM es memoria no volátil: Los programas almacenados en ROM no se pierden al apagar el ordenador, sino que se mantienen impresos en los chips ROM durante toda su existencia además la memoria ROM es, como su nombre indica, memoria de solo lectura; es decir los programas almacenados en los chips ROM son inmodificables.

LCD (Liquid Cristal Display) : Pantalla de cristal líquido. Es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora.

PROCESSING: es un lenguaje de código abierto / herramienta de desarrollo para escribir programas en otros ordenadores. Útil cuando desea que estos otros equipos "hablen" con un Arduino.

RESUMEN

El proceso de Spin Coating es un proceso mediante el cual se procede a la fabricación de materiales fotónicos basados en esferas de silicio, esta producción de películas delgadas representan un campo con muchas aplicaciones, siendo necesario la excelente calidad del material obtenido, este materia es elaborado mediante el método sol gel. Para la elaboración de dicho material intervienen varios equipos como hornos, agitador magnético, Spin Coater.

En la elaboración de la solución es importante asegurar las variables físicas necesarias que determinan una material de buena calidad, por ende este proyecto busca asegurar esas variables, mediante el desarrollo de un sistema de control de temperatura, por ende mediante el desarrollo de un agitador magnético se podrá manipular o modificar dicha variable , de monitoreo de pH y humedad, lo que asegurara la calidad del material, integrándolo con la tarjeta arduino que toma las señales de los sensores, ejecuta el control y hará la adquisición y comunicación de datos para ser visualizada por medio de una interfaz gráfica, esto permitirá al usuario conocer en tiempo real las magnitudes de cada variable que interviene en el proceso.

Palabras claves: Spin Coating, Sol gel, Agitador Magnético, Arduino.

INTRODUCCION

La tecnología de la deposición de películas delgadas tiene gran importancia en el avance en las industrias ópticas y electrónicas. Estos avances no hubiesen sido posibles sin el desarrollo de técnicas de deposición de películas más eficientes, mediante las cuales obtenemos un material de alta calidad y excelentes características. El proceso de Spin Coating “es una de las técnicas utilizadas para la deposición de películas, en donde se aplica una solución sobre el substrato y se rota este a gran velocidad esparciendo de manera uniforme esta capa por fuerza centrífuga. La velocidad de rotación puede ser variable, esto quiere decir que dependiendo el grosor de la capa del material deseado esta velocidad puede aumentar o disminuir. La rotación termina hasta que la solución (sol-gel) se desplaza hasta los bordes del substrato.” 1

En el proceso de síntesis (sol-gel), el cual consta de varios pasos: mezclado, gelificación, envejecimiento, secado y sinterizado de distintos compuestos químicos, para posteriormente realizar la deposición de este sobre el substrato, se deben asegurar unas condiciones específicas de humedad, pH, y temperatura. Del monitoreo o control de estas variables depende la calidad del material deseado. Debido a esta problemática se propone un sistema para el control de la temperatura y el monitoreo de la humedad y pH durante el proceso de la deposición de partículas (Spin Coating).

(^1) NUÑEZ, Juan. Fabricación de guías de ondas en sistemas ópticamente activados por láser. Joven Investigador. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente, 2013. 38 p.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Para obtener un material con las mejores características en el proceso Spin Coating es indispensable tener un buen control de las variables presentes en esta técnica, para ello debemos monitorear (PH, humedad y temperatura) y manipular la variable (temperatura) para con ello reducir al máximo el porcentaje de error presente en el proceso. El laboratorio de bioprocesos de la Universidad Autónoma de Occidente no cuenta con un sistema encargado de supervisar y asegurar las condiciones de las variables mencionadas anteriormente para que el proceso de síntesis se lleve a cabo de una manera factible y se pueda realizar un control eficiente de la variable temperatura durante este proceso, y posteriormente realizar la deposición de películas delgadas mediante la técnica Spin-Coating, por consiguiente no brinda la suficiente fiabilidad de que las variables presenten los parámetros establecidos. A lo cual se pretende dar solución mediante el presente trabajo.

Actualmente, en el desarrollo de la solución Sol-gel, se puede observar que la temperatura, pH y humedad, dan tendencia sobre el tipo de muestra que se desea obtener. A mayor temperatura de síntesis, el sol empieza a gelificar más rápido, por lo tanto a temperaturas mayores de 70°c se empieza a cristalizar, así mismo ocurre con el pH, ya que si este no se monitorea no se obtendría una mezcla homogénea que es lo que se pretende y habría una solución con dos fases.

Durante el proceso de síntesis, se presenta un problema frecuentemente y es que mientras la mezcla se encuentra en el agitador a una temperatura preestablecida menor a 70°c, esta comienza a presentar cambios, ya que la temperatura al no tener un control se eleva o disminuye en lapsos de tiempo. Como consecuencia al problema descrito anteriormente en el proceso de síntesis, no se obtendrán materiales con las mejores características. 2

¿Cómo desarrollar un sistema de control que asegure el parámetro de Temperatura requerido y el monitoreo de humedad y pH para la obtención de un material de alta calidad por medio del método Spin Coating para la deposición de micropelículas?

(^2) NUÑEZ, Juan. Fabricación de guías de ondas en sistemas ópticamente activados por láser. Joven Investigador. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente, 2013. 39 p.

2. JUSTIFICACIÓN

Debido a que no se monitorean ni controlan de manera independiente cada variable durante la síntesis (sol-gel), no se puede garantizar las condiciones óptimas para que al final del proceso Spin Coating se pueda obtener un material de alta calidad y excelentes características. Por ende se piensa implementar un sistema de control de temperatura y monitoreo de humedad y pH, para con ello asegurar las condiciones necesarias para la obtención de un material de alta calidad. Con la elaboración de este proyecto se beneficiara la Universidad Autónoma De Occidente en el desarrollo de nuevos materiales en el campo de la fotónica.

Para garantizar las condiciones del proceso se van a monitorear las variables pH y humedad las cuales afectan directamente el resultado final, no se realizara un control electrónico ya que al pH se le aplica un control manual dependiendo su grado de acidez o basicidad; pero se tiene una variable más importante y este proceso es críticamente dependiente, que no solo se monitoreara sino también se controlara, la temperatura. Esta se va a controlar mediante el desarrollo de un agitador magnético, el cual permitirá manipular con mayor exactitud la variable, se documentaran las condiciones que influyeron (variables), todo esto optimizara el proceso y contribuirá para desarrollar materiales de alta calidad.

Se desarrollara un agitador magnético debido que la universidad Autónoma de Occidente no permite manipular, ni modificar el que se encuentra en el laboratorio de bioprocesos. Este dispositivo es vital en el desarrollo del proyecto ya que en él se realiza la mezcla sol-gel y el control de la temperatura, este se debe manipular o modificar “debido a que internamente en el proceso químico de los reactivos utilizados, se producen variaciones de la temperatura, que se deben controlar”^3.

El pH es una de las variables que afecta el proceso, la cual estará monitoreada pero no controlada, ya que se manejaran diferentes recetas (mezclas) en donde la estructura de los polímeros estará variando constantemente. Como consecuencia, se necesitaría elaborar un controlador particular para cada receta que se desarrolle dependiendo de las características que se requieran para el material.

En cuanto a la variable humedad, no se desarrollara un control, ya que el laboratorio no presenta las condiciones ambientales para realizar dicho proceso, en donde se deben de manejar condiciones como:

(^3) MARTINEZ, Diego y CORDOBA, Carlos. Construcción y calibración de un equipo para la deposición de nano películas sol-gel por el método de rotación o spin-coating. Revista Colombiana de Física. Pasto: Universidad de Nariño, Volumen 20. 5 p.

 Partículas de polvo, lo que es muy difícil de manejar ya en este laboratorio constantemente entran y salen estudiantes con sus objetos personales y no se maneja un protocolo de limpieza, no hay purificadores de aire, ventilación por aspiración entre otros equipos que ayudan al control de esta condición ambiental.

 Presión del aire.

 El laboratorio presenta aire acondicionado, debe de tener un control estricto de temperatura y humedad relativa.

3. ANTECEDENTES

Dentro de las últimas décadas se ha desarrollado investigaciones sobre nuevos métodos para la fabricación de nuevos materiales que permitan mejorar la eficiencia de los dispositivos integrados ópticamente. Uno de estos nuevos métodos de fabricación limpia es el método de Sol Gel en la técnica Spin coating. Es de gran importancia poder tener control de las variables que intervienen, ya que dependiendo de estas se pueden establecer o normalizar las características fisicoquímicas de algún material deseado.

En el año 2015 Luis Gabriel Ararat Orozco , ingeniero en electrónica y telecomunicaciones de la Universidad Autónoma de Occidente realizó un estudio que pretendía optimizar un proceso de fabricación de materiales fotónicos 3D basados en esferas de 𝑆𝐼𝑂 2 y dopados con iones de tierras raras por medio del método Sol-Gel.

Para optimizar dicho proceso, era necesario controlar algunas variables utilizadas en la técnica Spin Coating del método Sol-Gel, como la temperatura, implemento un control ON-OFF que permitía manipular la temperatura estableciendo señal de referencia previamente asignada.

Finalmente realizó una adquisición de datos por medio de una tarjeta Arduino Uno que toma la señal de los sensores y por comunicación RS 232 comunico tarjeta de control, el viscosímetro con un pc usuario y el Modular Spin Processor con pc lab.

Este proyecto se tituló diseño e implementación de un sistema de control del método sol – gel para la síntesis de nuevos materiales.

La revista colombiana de física en su volumen 20, publico un artículo acerca de la construcción y calibración de un equipo para la deposición de nano películas sol-gel por el método de rotación o spin-coating.

En ese trabajo se prepararon películas por sol-gel de FeO – 𝑆𝐼𝑂 2 en relación estequiometria 1:3:6 y se depositaron varias capas sobre sustratos de vidrios sódico cálcicos, usando la técnica conocida como spin-coating o de rotación, diseñaron un sistema para la deposición de las películas, controlándolo mediante un circuito electrónico y una interface de computador para automatizar el proceso, usando un motor síncrono. El espesor de las capas depositadas se calculó

siguiendo la técnica de la envolvente y sus resultados se correlacionaron con datos teóricos que dependen de parámetros como son: velocidad de rotación, densidad y viscosidad de la solución.

El sistema construido para la preparación de películas delgadas por la técnica del spin coating lo basaron en un motor síncrono, llamados motores DC sin escobillas, que por su construcción ofrecen ventajas frente a otros motores. El software de control lo realizaron en LabVIEW® versión 7 de National Instruments, un lenguaje de programación gráfico, con el cual se controla la velocidad angular del motor a través de la tarjeta de sonido de un computador. El programa se diseñó para obtener alta eficiencia sin aumentar su complejidad. Se encargó de recibir las variables de control presentes en el proceso como: el valor de la velocidad angular del motor en revoluciones por minuto (rpm), el tiempo de funcionamiento del motor, al cabo del cual, el motor se desactiva, la aceleración angular del motor hasta alcanzar el nivel de frecuencia deseado y la desactivación del proceso.

En el año 2013, el joven Investigador Juan Manuel Núñez, con su investigación en fabricación de guías de ondas en sistemas ópticamente activados por láser estableció la importancia de la técnica Spin Coating Sol-Gel, para realizar dicho proceso, además el tener control sobre esta técnica, puede garantizar un excelente material para aplicaciones en el área de la micro y nanotecnología. Analiza la obtención de materiales avanzados mediante el método conocido como Sol-Gel, el cual ha sido considerado como uno de los procesos más versátiles para la fabricación de materiales avanzados de naturaleza cerámica, vítrea o vitrocerámica, por lo que en la actualidad es muy utilizado en el desarrollo de muchos materiales avanzados que son difíciles de obtener por métodos convencionales. A partir de lo descrito anteriormente, se puede identificar que el principal problema que presenta la técnica sol-gel, es el de establecer un buen control de los factores del proceso que se necesitan para obtener un material con las mejores características. Además es necesario establecer un buen control de los factores del proceso Spin Coating Sol-Gel que se necesitan para obtener un material con las mejores características.

4. OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GENERAL

Desarrollar un sistema de control de temperatura y monitoreo de humedad y pH para la obtención de un material de alta calidad por medio del método Spin Coating para la deposición de micropelículas

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Sensar, acondicionar y monitorear las variables (pH, humedad y temperatura) en el proceso de síntesis (Sol-Gel).

Desarrollar un agitador magnético para manipular y controlar adecuadamente la temperatura en el proceso de síntesis del material..

Desarrollar un controlador de temperatura para el proceso de síntesis que se realiza por medio del agitador magnético.

Diseñar una HMI que permita monitorear y controlar el proceso de síntesis realizado por el agitador magnético.

5. MARCO TEORICO

SPIN – COATING

El método de deposición de películas delgadas spin-coating o también conocido como de rotación, es una técnica muy utilizada en microelectrónica para la deposición de polímeros especiales o foto resistente. La técnica de spin-coating difiere de otras en el sentido de que en esta las películas son depositadas por centrifugación y comprende cuatro etapas de operación: deposición, rotación acelerada, rotación desacelerada y evaporación.

Figura 1. Spin Coater

Fuente: LAURELL, Technologies Corporation. Spin Coater. [Figura]. [Consultado: junio 20 de 2017 ]. Disponible en Internet: http://www.laurell.com/spin- coater/150mm/

Sol – gel (síntesis)

El proceso Sol-gel, consiste en la evolución de un sistema de suspensión-coloide; se inicia mediante la formación de una suspensión coloidal (denominada sol) y su posterior gelificación, formando una red en una fase liquida continua (denominada gel) y posterior tratamiento térmico bajo. En otras palabras, el proceso sol-gel es una reacción química, donde un líquido se va condensando hasta formar un sólido. Este método se emplea para la obtención de diferentes tipos de materiales (partículas, recubrimientos, fibras, Aero geles) e incluso sólidos en función del tratamiento térmico que se le dé al material.