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Síntesis y caracterización estructural y morfológica de microtubos jerárquicos de óxidos de hierro obtenidos por oxidación térmica

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2026-09-04

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Pineda Morales, Angie Lorena (2026). Síntesis y caracterización estructural y morfológica de microtubos jerárquicos de óxidos de hierro obtenidos por oxidación térmica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/104064

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Resumen

The objective of this work was to synthesize and structurally and morphologically characterize hierarchical iron oxide microtubes obtained through thermal oxidation. High-purity iron microwires were used as precursor material and subjected to heat treatment in an air atmosphere under controlled temperature and time conditions. During the oxidation process, an oxide layer initially forms on the metal surface, followed by the simultaneous diffusion of iron ions outwards and oxygen species inwards. The difference in diffusion rates favors the generation and accumulation of vacancies, which can cluster and form pores and cavities associated with the Kirkendall effect. Characterization using scanning electron microscopy revealed the growth of microtubes on the precursor surface and the formation of a hierarchical structure composed of oxide walls, pores, and internal cavities. X-ray diffraction, along with Rietveld refinement, allowed the identification of hematite (α-Fe₂O₃) as the predominant crystalline phase and magnetite (Fe₃O₄) as a minor phase. Complementarily, Raman spectroscopy suggested a radial distribution of these phases, with magnetite mainly in the inner region and hematite in the outer region and within the microtubes. The results obtained showed the formation of an irregular, porous, and hierarchical tubular microstructure, consisting of curved oxide walls, multiple internal cavities of non-uniform shape and distribution and macropores, in addition to microcables developed on the surface.

Descripción

El presente trabajo tuvo como objetivo sintetizar y caracterizar estructural y morfológicamente microtubos jerárquicos de óxidos de hierro obtenidos mediante oxidación térmica. Para ello, se utilizaron microalambres de hierro de alta pureza como material precursor, los cuales fueron sometidos a un tratamiento térmico en atmósfera de aire bajo condiciones controladas de temperatura y tiempo. Durante el proceso de oxidación se forma inicialmente una capa de óxido sobre la superficie del metal, seguida por la difusión simultánea de iones de hierro hacia el exterior y de especies de oxígeno hacia el interior. La diferencia entre las velocidades de difusión favorece la generación y acumulación de vacantes, que pueden agruparse y formar poros y cavidades asociadas con el efecto Kirkendall. La caracterización mediante microscopía electrónica de barrido evidenció el crecimiento de microcables sobre la superficie del precursor y la formación de una estructura jerárquica compuesta por paredes de óxido, poros y cavidades internas. La difracción de rayos X, junto con el refinamiento de Rietveld, permitió identificar la hematita (α-Fe₂O₃) como la fase cristalina predominante y la magnetita (Fe₃O₄) como una fase minoritaria. De manera complementaria, la espectroscopía Raman sugirió una distribución radial de estas fases, con magnetita principalmente en la región interna y hematita en la región externa. Los resultados obtenidos mostraron la formación de una microestructura tubular irregular, porosa y jerárquica, constituida por paredes curvas de óxido, múltiples cavidades internas de forma y distribución no uniformes y macroporos, además de microcables desarrollados sobre la superficie.

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