EVALUACIÓN MEDIANTE DFT DE NANOSUPERFICIES DE NITRURO DE ALUMINIO COMO POTENCIAL SENSOR DE GASES EN EQUIPOS DE ALTA TENSIÓN

ALEJANDRO GONZÁLEZ FÁ; HERMAN HEFFNER; RICARDO FACCIO; IGNACIO LÓPEZ CORRAL

Mar del Plata

Congreso; XX CONGRESO INTERNACIONAL DE METALURGIA Y MATERIALES; 2022

Asociación Argentina de Materiales

El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas ampliamente utilizado como dieléctrico en dispositivos de alto voltaje, especialmente en cámaras de estaciones eléctricas de alta tensión (GIS). Bajo procesos anómalos de descarga parcial, este gas se descompone generando productos altamente tóxicos, como fluoruro de sulfurilo (SO2F2) y fluoruro de tionilo (SOF2), cuya detección suele utilizarse para identificar este tipo de fallas. Sin embargo, las técnicas convencionales de detección para estos gases, como la espectroscopia infrarroja o la cromatografía gaseosa, presentan varios inconvenientes que dificultan la implementación de muestreos regulares o mediciones en tiempo real, mientras que otras alternativas, como los sensores basados en óxidos metálicos, requieren elevadas temperaturas para su correcto funcionamiento. En consecuencia, en los últimos años ha adquirido especial relevancia el estudio de diversos nanomateriales aplicados a la detección de estos gases, entre los que podemos mencionar las nanoestructuras laminares tipo grafeno o "nanosheets" basadas en nitruro de aluminio (AlNNS).El objetivo del presente trabajo es evaluar, en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), la potencial capacidad de las superficies de AlNNS para detectar SOF2 y SO2F2. El estudio se llevó a cabo aplicando el código Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) con el funcional de correlación-intercambio PBE, incluyéndose fuerzas de van der Waals a través del funcional vdW-DF. La superficie AlNNS se modeló mediante una celda bidimensional con una constante de red de 15.707 Å, sobre la cual se evaluaron diferentes geometrías iniciales de interacción para las moléculas de SO2F2 y SOF2. Una vez finalizado el proceso de optimización geométrica, a continuación se calcularon las energías de adsorción (Eads), se evaluaron las correspondientes densidades de estado (DOS) y se analizaron las cargas electrónicas sobre los átomos interactuantes, obtenidas a través del método de Bader.Los sistemas SOF2/AlNNS estudiados convergieron en dos geometrías estables con valores suficientemente significativos de Eads: -0.37 eV, valor típico de una fisisorción, y -1.93 eV, en cuyo caso tuvo lugar la ruptura de la molécula y el desarrollo de interacciones Al-F y N-S de 1.80 y 1.60 Å de longitud, respectivamente, correspondientes a una quimisorción, como puede apreciarse en la Figura 1a. En cuanto a los sistemas SO2F2/AlNNS, se obtuvo sólo una geometría estable con Eads =-1.62 eV, también correspondiente a una quimisorción, en la cual la molécula se desprende de uno de sus átomos de flúor y se originan enlaces Al-F y N-S de 1.70 y 1.58 Å, respectivamente. Ambos adsorbatos también dieron lugar a la formación de interacciones Al-O, con longitudes de enlace superiores a 2 Å.En todos los casos analizados, los sistemas preferenciales SOF2/AlNNS y SO2F2/AlNNS presentaron curvas DOS con distribuciones simétricas spin-up y spin-down, indicando así la ausencia de magnetismo.