SINTESIS-Y-CARACTERIZACION-DE-PELICULAS-DE-OXIDO-DE-TUNGSTENO-OBTENIDAS-POR-CALENTAMIENTO-RESISTIVO

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS 
EXTRACTIVAS 
 
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE PELÍCULAS DE ÓXIDO DE 
TUNGSTENO OBTENIDAS POR CALENTAMIENTO RESISTIVO 
 
TESIS 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL 
 
 
PRESENTA 
ALEJANDRA LORENA ORTUÑO AYALA 
 
ASESOR: Dra. Carmen Magdalena Reza San Germán. 
MÉXICO D.F. AGOSTO 2013 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
DEPARTAMENTO DE EVALUACiÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO 
SECRt:TARIA 
EOUCACION PUBlICA '" 
T·042·13 
México, D. F., 22 de abril del 2013. 
A la C. Pasante: Boleta: Carrera: Generación: 
ALEJANDRA LORENA ORTU~O AYALA 2008320320 IQI 2008·2012 
Fortunato Zuazua No. 19 
Damian Carmona 
Venustiano Carranza 
México, D.F. 
C.P. 15450 
Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que la 
C. Dra. Carmen Magdalena Reza San Germán, sea orientadora en el tema que propone usted 
desarrollar como prueba escrita en la opción Tesis Individual, con el titulo y contenido siguiente: 
"Slntesls y caracterizacIón de pellculas de óxido de tungsteno obtenidas 
por calentamiento resIstivo". 
Resumen. 
Introducción. 
l.. Generalidades. 
11,- Slntesis de pelfculas de óxido de tungsteno. 
111.- Caracterización estructural de las pellculas. 
IV.- Evaluación de propiedades fisicoqulmicas. 
Conclusiones. 
Referencias bibliográficas. 
máx;n'o-,je un a~o, a partir de esta fecha, para presentarlo a revisión por 
Seel Jurado a e~~~::~~iíí 
R, m 
Presidente de I Ase ra oDiteclora 
. ProI. 2727878 
c. c. p.- Control Escolar. 
GATA/ams 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUElA SUPERIOR DE INGENIERÍA Q¡JIMICA EINDUSTRIAS EA'TRACTlVAS 
DEPARTAMENTO DI! EVALUACI6N y SEGUIMIENTO ACADÉMICO 
SECRE1ARIA 
UlUCACIOI< PJdl..lCA " 
Mé,íco, O F, 21 de junlD del2llU 
1-042-13 
Ala C. Pasante. 
ALEJANDRA LORENIIORTUÑO AVALA 
PRESENTE 
Bole!.: 
2008320320 
Garreta: 
101 
Generación: 
2008·2012 
Los suscritos ti:}nemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el 
borrador de la modalidad de titulación correspondiente, denominado: 
"Slntf;$!s y caraclerizaclÓll de pel/culas d. óxido delllngs/eno obtenida. porcalentamiento re$i$UIIO", 
e~oontramos que el citado Trabajo de Tesis IndIvidual, reune 10$ requisitos para autorizar el Examen 
Profesional y PROCEDER A SU IMPRESiÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las 
indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron. 
, ntamenle 
~URADO 
Ing, Anlonio r rez Cárdenas 
I'resld",., 
/~'ry 
On:, Calmen!#!~eza San Germán emández Pichsrdo 
Vocal ario 
c,c,p,~ Expediente 
GATA/r>;t 
 
 
ESIQIE - IPN Página i 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
En primer lugar doy infinitamente gracias a Dios, por haberme dado fuerza y 
valor para culminar esta etapa de mi vida. 
Al Instituto Politécnico Nacional y en especial a la ESIQIE, por darme la 
oportunidad de alcanzar esta meta profesional. A todos mis profesores que 
compartieron sus conocimientos a lo largo de la educación universitaria y 
contribuyeron en mi formación académica y profesional. 
Agradezco a la Dra. Carmen Magdalena Reza San German, asesor de tesis, 
por su valiosa guía, asesoramiento, aportación de sus conocimientos, dedicación y 
paciencia para la realización de este trabajo. 
También agradezco al Centro de Nanociencias y Micro – Nanotecnología, al 
laboratorio de caracterización, por la aportación de espacio y tiempo de las 
herramientas necesarias para la realización de esta tesis. 
A la Dra. Martha Leticia Hernández Pichardo, al Ing. Salvador Pérez 
Cárdenas por su amable ayuda en la revisión del presente trabajo. 
Agradezco infinitamente, la confianza, apoyo y guía por parte de mi madre, 
Graciela Ayala Pérez. Sin duda alguna, durante el trayecto de mi vida, me ha 
demostrado su gran amor corrigiendo mis faltas y celebrando mis triunfos. 
Brindándome apoyo ilimitado e incondicional, por tener la fortaleza de salir 
adelante sin importar los obstáculos, por haberme formado una mujer de bien, por 
ser la mujer que me dio la vida y me enseña a vivirla. No hay palabras para 
agradecerte. 
A mi tío Jaime Ayala Pérez, que ha sido como un padre a lo largo de este 
tiempo. A mi abuela Francisca Pérez Hernández que ha sido mi segunda madre y 
el mejor ejemplo de fortaleza e integridad. Por su valor y coraje que han tenido 
para levantarme ante cualquier adversidad, por las enseñanzas, y los ánimos. Sin 
el apoyo, consejos de ambos no hubiera sido posible culminar este sueño. 
 
 
ESIQIE - IPN Página ii 
 
A mi familia Ayala Pérez, por sus palabras de aliento y sus buenos deseos, 
por brindarme el calor de su hogar durante toda mi carrera. Por ayudarme a crecer 
y a ser más fuerte para enfrentar la vida. 
A todos mis amigos y compañeros de la universidad Marlene y Xóchitl, que 
no solo han sido grandes amigas, sino unas grandes hermanas. A Rocio, Lucia, 
Miriam, Brayan, Luis Alberto, Pablo, por vivir conmigo las experiencias buenas y 
malas, y que seguiremos viviendo. En cada uno de ustedes hay una persona muy 
especial. He aprendido y disfrutado mis horas de estudio, por la gran ayuda que 
me han brindado, y por esa amistad sincera. 
Gracias a todas las personas que ayudaron directa e indirectamente en la 
realización de este proyecto. 
 
 
 
 
 
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DEDICATORIA 
 
 
La presente tesis se la dedico a mi madre, porque creyó en mí, dándome 
ejemplos dignos de superación y entrega. Eres la mejor mamá del mundo. A 
mi abuela por sus sabios consejos, apoyo, confianza y amor. A mi tío por 
brindarme los recursos necesarios, estar a mi lado apoyándome y 
aconsejándome siempre. Gracias a ustedes, hoy puedo ver alcanzada mi meta, 
ya que siempre estuvieron impulsándome en los momentos más difíciles de mi 
carrera, y porque el orgullo que sienten por mí, fue lo que me hizo ir hasta el 
final. Es por ustedes, por su valor, fortaleza y lo que han hecho hoy de mí, 
una persona con valores, principios, mi carácter, mi empeño, mi perseverancia, 
mi coraje para conseguir mis objetivos. 
 
Alejandra 
ÍNDICE 
 
ESIQIE - IPN Página iv 
 
 
ÍNDICE 
CONTENIDO PÁG 
OBJETIVOS 1 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 1 
FUNDAMENTACIÓN 2 
RESUMEN 3 
ABSTRACT 4 
INTRODUCCIÓN 5 
CAPÍTULO 1 
GENERALIDADES 11 
1.1. PROPIEDADES DEL TUNGSTENO (W) 11 
1.1.1. Propiedades Atómicas del tungsteno 13 
1.2. PROPIEDADES DE ÓXIDO DE TUNGSTENO (WO3) 13 
1.2.1. Designaciones de Nombres para el óxido de tungsteno 14 
1.2.2. Descripción del óxido de tungsteno 14 
1.3. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE PELÍCULAS DE 
MATERIALES ELECTROCRÓMICOS 
16 
1.3.1. Cromismo 16 
1.3.2. Electrocromismo 17 
1.3.2.1. Electrocromismo Metal – Ión 19 
ÍNDICE 
 
ESIQIE - IPN Página v 
 
1.4. PELÍCULAS DE ÓXIDO DE TUNGSTENO 20 
1.4.1. Características Generales de óxido de tungsteno 20 
CAPÍTULO 2 
SÍNTESIS DE PELÍCULAS DE ÓXIDO DE TUNGSTENO 23 
2.1. DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA 25 
2.2. ANODIZADO 26 
2.3. SOL – GEL 28 
2.4. MÉTODO DEL CALENTAMIENTO RESISTIVO 31 
2.4.1. Procedimiento Experimental 34 
CAPÍTULO 3 
CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DE LAS PELÍCULAS 42 
3.1. Microscopía Electrónica de Barrido 42 
3.1.1. Introducción 42 
3.1.2. Funcionamiento del Equipo 43 
3.1.3. Preparación de la Muestra 44 
3.2. Análisis de Resultados de óxido de tungsteno 45 
3.2.1. Análisis de óxido de tungsteno depositado sobre SiO2 46 
3.2.2. Análisis de óxido de tungsteno depositado sobre Carbono 50 
3.2.3. Análisis de óxido de tungsteno depositado sobre Platino 
(Pt) 
55 
3.2.4. Análisis de óxido de tungsteno depositado sobre Titanio 
(Ti) 
58 
ÍNDICE 
 
ESIQIE - IPN Página vi 
 
 
 
3.2.5. Análisis de óxido de tungsteno 60 
3.2.6. Análisis de óxido de tungsteno depositado sobre Zinc (Zn) 63 
3.2.7. Análisis de óxido de tungsteno depositado sobreAluminio 
(Al) 
66 
3.3. Análisis por Espectroscopía Raman 70 
3.3.1. preparación y Montaje de las Muestras 71 
3.3.2. Análisis de Espectros de óxido de tungsteno 71 
CAPÍTULO 4 
EVALUACIÓN DE PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS 75 
4.1. Elipsometría 75 
4.1.1. Introducción 75 
4.1.2. Instrumentación 78 
4.1.3. Caracterización de Películas Delgadas de Óxido de 
Tungsteno 
79 
4.2. Cálculo de los Parámetros Ópticos a partir de los Espectros de 
Elipsometría 
86 
4.2.1. Cálculo de los Parámetros Ópticos de un Medio 
Semiinfinito 
87 
CONCLUSIONES 93 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
ESIQIE – IPN Página vii 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
CONTENIDO PAG 
Figura 1.1. Polvo de amarillo de óxido de tungsteno. 13 
Figura. 1.2. Estructura cristalina del óxido de tungsteno (VI), las bolas 
rojas representan oxígeno y las grises el tungsteno. 
15 
Figura 1.3. Representación esquemática de un dispositivo 
electrocrómico. 
18 
 Figura 2.1. Esquema del Proceso de Anodizado Típico. 27 
Figura 2.2. Esquema de los diferentes métodos de calentamiento 
resistivo. 
31 
Figura 2.3. Configuración del experimento para la síntesis y 
condensación de películas de WO3 a partir de una bombilla 
estándar. 
34 
Figura 2.4. Diagrama del dispositivo eléctrico para la síntesis de WO3 
conectado a una corriente eléctrica. 
34 
Figura 2.5. (a) bombilla estándar de 60 watts, (b) bombilla estándar de 60 
watts rota (sin vacío), con el filamento intacto. 
35 
Figura 2.6. Bombilla eléctrica conectada a un socket. 35 
Figura 2.7. Formación de vapor de WO3. 36 
Figura 2.8. Condensación de WO3. 37 
Figura 2.9. Formación de la película electrocrómica de WO3 en un 
substrato. 
37 
Figura 3.1. Señales Producidas al Interaccionar un Haz de Electrones 
con la Muestra. 
43 
Figura 3.2. Micrografía de óxido de tungsteno a una amplificación de 
130x depositado sobre SiO2. 
46 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
ESIQIE – IPN Página viii 
 
Figura 3.3. Micrografía de óxido de tungsteno a una amplificación de 
3,300x. 
47 
Figura 3.4. Micrografía de partícula con morfología romboédrica de óxido 
de tungsteno a 10,000x depositado sobre SiO2. 
 
48 
Figura 3.5. Micrografía de partículas de óxido de tungsteno con análisis 
elemental depositadas sobre SiO2. 
 
49 
Figura 3.6. Micrografía de óxido de tungsteno con análisis elemental en 
otro punto depositado sobre SiO2. 
 
50 
Figura 3.7. Micrografía de particulas de óxido de tungsteno depositadas 
en carbono a 500x. 
51 
Figura 3.8. Micrografía de particulas de óxido de tungsteno depositadas 
en Carbono a 5,000x. 
52 
Figura 3.9. Micrografía del óxido de tungsteno con su correspondiente 
EDS, depositado sobre carbono. 
 
53 
Figura 3.10. Micrografía de óxido de tungsteno con su correspondiente 
análisis EDS, depositado sobre carbono. 
 
54 
Figura 3.11. Micrografía de particulas de óxido de tungsteno depositadas 
en platino a 50,000x. 
56 
Figura 3.12. Micrografía de óxido de tungsteno depositada sobre platino 
a 10,000x. 
57 
Figura 3.13. Micrografía de particulas de óxido de tungsteno depositadas 
en titanio a 25,000x. 
58 
Figura 3.14. Micrografía de partículas de óxido de tungsteno, depositado 
en Titanio, con su correspondiente EDS. 
60 
Figura 3.15. Micrografía de particulas de óxido de tungsteno depositadas 
sobre tungsteno a 25,000x. 
61 
Figura 3.16. Micrografía de partículas de óxido de tungsteno depositado 
en tungsteno, con su análisis EDS. 
62 
Figura 3.17. Micrografía de partículas de óxido de tungsteno depositdas 
sobre zinc a 50,000x. 
63 
Figura 3.18. Micrografía de partículas de óxido de tungsteno depositadas 
sobre zinc a 10,000x. 
65 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
ESIQIE – IPN Página ix 
 
 
Figura 3.19. Micrografía de partículas de óxido de tungsteno depositadas 
sobre alumino a 50,000x. 
66 
Figura 3.20. Micrografía de Partículas de óxido de tungsteno depositado 
en aluminio con su análisis EDS. 
68 
Figura 4.1. Vista esquemática de cómo se realiza la medición en un 
elipsómetro en la configuración de reflexión. El haz 
polarizado se incide sobre la muestra, luego el estado de 
polarización del haz cambia y la luz se propaga 
76 
Figura 4.2. Esquema de un elipsómetro de anulación 77 
Figura 4.3. Esquema de un elipsómetro fotométrico 77 
Figura 4.4. Diagrama esquemático de un polarizador – compensador - 
muestra - analizador elipsómetro 
78 
Figura 4.5. Reflexión de luz polarizada sobre una superficie cubierta con 
película 
79 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
ESIQIE - IPN Página x 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
CONTENIDO PAG 
Tabla 1.1. Propiedades fisicoquímicas del Tungsteno. 12 
Tabla 1.2. Propiedades físicas y químicas del óxido de tungsteno. 15 
Tabla 1.3. Información de los estados cristalinos del WO3. 15 
Tabla 2.1. Detección de NO2 usando varios tipos de sensores de gases 
basados en WO3 como material activo. 
24 
Tabla 3.1. Descripción de sustratos usados para el análisis MEB. 45 
Tabla 3.2. Tamaño de partícula de óxido de tungsteno depositado sobre 
Pt. 
56 
Tabla 3.3. Tamaño de partícula de WO3 depositado sobre titanio (Ti). 59 
Tabla 3.4. Tamaño de partículas de óxido de tungsteno depositado sobre 
tungsteno. 
61 
Tabla 3.5. Tamaño de partículas de óxido de tungsteno depositado sobre 
zinc. 
64 
Tabla 3.6. Tamaño de partícula de óxido de tungsteno depositado sobre 
zinc. 
65 
Tabla 3.7. Tamaño de partícula de óxido de tungsteno depositado sobre 
aluminio. 
67 
Tabla 3.8. Resultado global de partículas de WO3 depositadas en los 
diferentes sustratos. 
69 
Tabla 4.1. Datos de banda prohibida e índice de refracción de películas 
de WO3 depositadas por CVD 
80 
Tabla 4.2. Resultados obtenidos de espesores de sustrato – muestra, n, 
k 
81 
Tabla 4.3. Constantes dieléctricas de algunos materiales 88 
ÍNDICE DE GRÁFICAS 
 
ESIQIE – IPN Página xi 
 
ÍNDICE DE GRÁFICAS 
 
 
CONTENIDO PAG 
Gráfica 3.1. Espectro Raman del óxido de tungsteno depositado sobre 
SiO2. 
72 
Gráfica 3.2. Espectro Raman del óxido de tungsteno depositado sobre 
SiO2. 
72 
Gráfica 4.1. Propiedades ópticas n, k, de la película de WO3 en el rango 
de 200 a 850 nm. 
82 
Gráfica 4.2. Propiedades ópticas n, k, de la película de WO3 en el rango 
de 200 a 850 nm. 
83 
Gráfica 4.3. Propiedades ópticas n, k, de la película de WO3 en el rango 
de 200 a 850 nm. 
84 
Gráfica 4.4. Índice de refracción de las películas de WO3 en el rango de 
200 a 850 nm. 
85 
Gráfica 4.5. Coeficiente de las películas de WO3 en el rango de 200 a 
850 nm. 
86 
Gráfica 4.6. Propiedades ópticas n, k, de la película de WO3 en el rango 
de 200 a 850 nm. 
89 
Gráfica 4.7. Constante dieléctrica de las películas de WO3 en el rango de 
200 a 850 nm. 
89 
Gráfica 4.8. Permitividad eléctrica de las películas de WO3 en el rango 
de 200 a 850 nm. 
90 
Gráfica 4.9. Coeficiente de absorción de las películas de WO3 en el 
rango de 200 a 850 nm. 
91 
OBJETIVOS 
 
ESIQIE - IPN Página 1 
 
 
OBJETIVOS 
 
Sintetizar, caracterizar estructuralmente y evaluar películas de óxido de 
tungsteno obtenidas por el método de Calentamiento Resistivo, estableciendo 
como condición de depósito el utilizar sustratos de diferente naturaleza, para ser 
aplicados como material semiconductor. 
 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
 Sintetizar películas de óxido de tungsteno a partir del método de 
calentamiento resistivo. 
 Variar las condiciones de síntesis utilizando diferentes sustratos para 
realizar el depósito. 
 Evaluar las propiedades estructurales de las películas de óxido de 
tungsteno por medio de Microscopía Electrónica de Barrido y Difracción de 
Rayos X. 
 Evaluar las propiedades físicas y químicas del óxido de tungsteno por 
medio de Elipsometría, para indagar propiedades ópticas y dieléctricas. 
 Analizar aplicaciones como material semiconductor. 
 
 
FUNDAMENTACIÓN 
 
ESIQIE - IPN Página 2 
 
 
FUNDAMENTACION DEL PROYECTO 
 
El interés principal es estudiar la síntesis de películas de óxido de tungsteno 
a partir delmétodo de calentamiento resistivo, inicialmente es dar comienzo en la 
evaluación de la técnica de síntesis propuesta debido a que tiene muchas 
variables en las condiciones de depósito, dichas variables son temperatura, 
presión, pureza del precursor, voltaje, corriente, tipo de sustrato, entre otros. 
Nuestro trabajo participa en el estudio del método de síntesis variando la 
naturaleza del sustrato, esto es evaluar lo que ocurre cuando se pretende realizar 
el depósito sobre óxido de silicio, carbono, platino, tungsteno, aluminio, zinc, 
titanio; estableciendo las condiciones requeridas para la formación de estas 
películas correlacionándolas con la interacción de pestos diferente sustratos. 
Nuestro estudio se acentúa debido a la caracterización por Microscopía 
Electrónica de Barrido, Espectroscopía Raman y Elipsometría, obteniendo con 
ellas resultados como son: tipo de fase presente, composición química, estado de 
vibración molecular y algunas propiedades ópticas del semiconductor obtenido. 
Por ésta razón es de pretender dar una ventaja en el estudio del tipo de 
síntesis y asimismo poder sustituir nuestro sistema por algún otro material 
semiconductor utilizado actualmente en el mercado e igualmente dar a conocer el 
método de síntesis promoviendo una reducción de costos, así como analizar la 
versatilidad de obtención de las películas 
Por tal motivo se promueve aprovechar la naturaleza ideal del foco estándar 
para la realización de la síntesis, usando técnicas de análisis conocidas sencillas y 
de gran sensibilidad que permitan identificar la estructura y demás información 
complementaria que brinda este semiconductor. 
RESUMEN 
 
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RESUMEN 
Este trabajo describe la síntesis de películas delgadas de óxido de 
tungsteno (WO3) obtenidas a partir del método de calentamiento resistivo, en 
donde las condiciones de depósito se establecen variando el uso de diferentes 
sustratos. El óxido de tungsteno es sintetizado fácilmente a partir de un foco 
estándar, dando aprovechamiento a la naturaleza ideal de los focos estándar, el 
uso del filamento de tungsteno, dichos focos ya no son tan utilizados actualmente. 
La reacción consiste en la oxidación del filamento, la cual se realiza a altas 
temperaturas (entre los 2000°C y 3000°C) en presencia de aire a presión 
atmosférica. La condición de síntesis se logra conectando un foco sin bulbo, con el 
filamento intacto a una fuente de corriente de 110 volts. La energía eléctrica que 
pasa hasta el filamento hace que se obtenga vapor de tungsteno, el cual se oxida 
instantáneamente con el oxígeno del aire, luego se condensa y se deposita sobre 
el sustrato formando las películas, dichas películas están conformadas por 
partículas de óxido de tungsteno con diferentes morfologías, tamaños de partícula 
o fases presentes dependiendo del sustrato utilizado. 
Se realiza caracterización por Microscopia Electrónica de Barrido, 
Espectroscopia Raman y Elipsometría. Estas técnicas de caracterización fueron 
las herramientas que ayudaron a la determinación de que la estructura más común 
es la monoclínica. Éstas técnicas fueron adecuadas para estudiar la morfología y 
tamaño de partícula, rotación y vibración de las moléculas así como el poder 
identificar las fases del óxido de tungsteno y la intercalación del agua. La finalidad 
de obtener oxido de tungsteno es sustituir algún material sensor utilizado en el 
mercado, además de promover la reducción de costos de elaboración al utilizar la 
técnica propuesta. Dicha técnica resulta sencilla, dando una gran versatilidad al 
uso de las películas. 
ABSTRACT 
 
ESIQIE - IPN Página 4 
 
 
ABSTRACT 
 
This work describes the method for the synthesis of thin films of metal 
oxides. The main interest of the study is the synthesis of tungsten oxide (WO3) 
from resistive heating method, where the deposition conditions are established by 
varying the use of different substrates. The tungsten oxide can be synthesized 
easily from a standard light bulb, giving advantage to the ideal nature of the 
standard tungsten bulbs, which are no longer used today. 
The reaction involves the oxidation at high temperatures (between 2000 ° C 
and 3000 ° C) of the filament of a light bulb in air at atmospheric pressure. The 
conditions can be achieved by connecting a broken bulb (without breaking the 
filament) to a power source of 110 volts. Thus obtaining films of tungsten oxide 
vapor is condensed to be characterized by Scanning Electron Microscopy, Raman 
Spectroscopy, and Ellipsometry. These characterization techniques are powerful 
tools to analyze the monoclinic structure (most common), phase (yellow powder) 
and components (oxide, tungsten and / or the intercalation of some other chemical 
compound) of WO3 obtained. 
Having these techniques, as most appropriate for studying the rotation and 
vibration of the molecules and to identify the phases of the tungsten oxide also as 
the intercalation of water. The purpose of obtaining tungsten oxide is to replace 
any sensor material used in the market, and promoting the reduction of production 
costs by using the proposed technique. This technique is simple, giving great 
versatility to the films. 
 
INTRODUCCIÓN 
 
ESIQIE-IPN Página 5 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
El wolframio o tungsteno (W) es un metal con propiedades físicas únicas, es 
usado principalmente como emisor de electrones a altas temperaturas, por 
ejemplo el filamento de un foco normal está compuesto de tungsteno. Tiene una 
temperatura de fusión suficientemente alta (3.650ºC), lo que permite que el 
material soporte temperaturas elevadas (entre 2.600 y 3.000ºC) por un tiempo 
muy elevado y es inerte en algunos gases, tiene una velocidad de evaporación 
relativamente baja, la forma de espiral de la bobina da una mayor eficiencia 
cuando se utiliza con relleno de gas, por tanto, es el material elegido para fabricar 
los filamentos de las bombillas de incandescencia y de los emisores termoiónicos, 
aunque reacciona a altas temperaturas con no metales, tales como el flúor, 
nitrógeno y oxígeno principalmente.1 
Las lámparas incandescentes producen luz como resultado del calor 
generado de la corriente electica que fluye a través del tungsteno, tanto la luz 
blanca y la infrarroja son emitidas si se alcanza la temperatura deseada. El gas 
con que se llenan las bombillas es una mezcla de argón/nitrógeno, que se utiliza 
para suprimir la evaporación. La relación de argón/nitrógeno puede variar: 
 90/10 es usado para lámparas de bobinado individuales. 
 85/15 es usado para bobinas de filamentos enrollados. 
 70/30 es usado para lámparas de alta potencia o para lámparas con 
funcionamiento a altas temperaturas. 
 
En cuanto al tipo de síntesis se puede aclarar que todos los metales liberan 
electrones cuando se calientan a la temperatura adecuada, y mientras más 
temperatura se aplica, mayor cantidad de electrones se emiten. Cuando se inserta 
en un circuito eléctrico un filamento metálico, y se hace pasar una corriente de 
INTRODUCCIÓN 
 
ESIQIE-IPN Página 6 
 
suficiente intensidad, se consigue proporcionar a los electrones suficiente energía 
térmica para sobrepasar la barrera energética que evita que los electrones sean 
liberados. Muchos metales no soportan durante mucho tiempo la temperatura 
necesaria sin deteriorarse, el tungsteno sí debido a sus excelentes propiedades 
físicas. En un foco convencional, la luz se genera cuando se hace pasar corriente 
eléctrica que caliente el filamento de tungsteno hasta una temperatura cercana a 
los 3000°C, hasta el rojo vivo emitiendo corrientes termoiónicas que percibimos en 
forma de luz y calor.2 
La emisión termoiónica no puede tener lugar por mucho tiempo en 
presencia de aire a presión atmosférica, pues el metal caliente tiende a 
combinarse químicamente con el oxígeno, provocando que el filamento se 
oxide, se degrade y se romparápidamente. Este problema se evita 
encerrando el filamento dentro de una bombilla de vidrio de boro silicato al 
vacío; pero esta solución tiene el inconveniente de que al disminuir la presión 
de los alrededores del filamento también se favorece su evaporación. Este 
nuevo problema se resuelve llenando ahora la bombilla con un gas o una 
mezcla de gases que no se combinan químicamente con el filamento a la 
temperatura de operación del foco; de hecho, en los focos comunes actuales se 
utiliza una mezcla de 15% de nitrógeno y 85% de argón. 
Asimismo, la forma en espiral del filamento ayuda a reducir la longitud 
que éste ocuparía en su forma extendida y al mismo tiempo concentra el calor y 
favorece la condensación de gran parte del tungsteno evaporado en el interior 
de la espiral. Sin embargo el tungsteno no se condensa en el mismo lugar del 
que se evaporó, sino que va formando cristales de tungsteno puro en 
diferentes sitios de la superficie del filamento dejando otras partes más 
delgadas en las que la resistencia el filamento disminuye y finalmente se 
llega a romper, interrumpiendo con ello el paso de la corriente eléctrica y la 
vida útil del foco. 
Es por ello que conociendo éstos fenómenos que se propician en un 
foco, se sabe que a partir del filamento de un foco estándar puede ser 
INTRODUCCIÓN 
 
ESIQIE-IPN Página 7 
 
posible obtener óxido de tungsteno, encontrando así una forma muy 
adecuada de disposición y manejo de un foco convencional para aplicar el 
método de síntesis de calentamiento resistivo, tal método fue elegido 
debido a la facilidad con la que se podrá obtener el material, la versatilidad 
de la deposición de las partículas del semiconductor WO3, así como el bajo 
costo que esta síntesis proporciona.3 
El método de calentamiento resistivo es una técnica de evaporación 
térmica, en la cual se hace pasar corriente eléctrica a través de un medio 
poroso o metálico. A medida que la corriente fluye en el medio, la energía 
eléctrica asociada a ésta es convertida en calor, produciéndose así un 
aumento en la temperatura promedio del material, la alimentación eléctrica 
se hace con una fuente de alimentación de bajo voltaje y alta corriente, 
evitando así las descargas eléctricas entre los hilos de contacto. Dicho 
método nos permite obtener una versatilidad de películas sobre diferentes 
sustratos, con la finalidad de conocer las diferencias en cuanto a 
propiedades físicas, químicas y ópticas evaluadas de cada uno de ellos 
usando técnicas como Electrónica de Barrido, Raman y Elipsometría. Es por 
ello que se tiene cuidado al manejar un foco convencional para nuestro 
propósito de obtención del óxido de tungsteno. Ya que es sensible, una vez 
roto el filamento no se obtendrán resultados satisfactorios.4 
El óxido de tungsteno ha sido extensamente estudiado como material 
electrocrómico, puesto que tiene numerosas aplicaciones en éste tipo de 
dispositivos, ventanas inteligentes, sensores de gas y ventanas ópticas. Con ello 
se da este gran paso para estudio de las películas del WO3 ya que estas 
mostraran que tan factible es usar el WO3 para los diferentes usos que pueda 
tener. Se han realizado diferentes estudios referentes al uso del WO3 tanto como 
polvos o películas, entre ellos se encuentra, el estudio de la estructura cristalina y 
electrónica del WO3, en donde se establece cuantitativamente las diferencias 
estructurales de tres fases de óxido de tungsteno5, también se han realizado 
estudios de la obtención de películas de WO3 por calentamiento resistivo, pero en 
INTRODUCCIÓN 
 
ESIQIE-IPN Página 8 
 
este caso sólo se realiza la síntesis sin modificar alguna de las variables6, algunos 
estudios más sobre las propiedades estructurales y morfológicas de películas 
delgadas de WO3 obtenidas por sol gel
7 , algunos otros estudios han sido 
realizados con mezclas de WO3 y otro tipo de material, como grafeno
8, TiO2
9,10,11, 
SnO2
12,13 Al2O3
14 y ZnO15, dichos estudios se basan en que el WO3 puede cambiar 
sus propiedades si se modifica o el método de síntesis o el tipo de material 
dopado o mezclado, pudiendo ser utilizado como material electrocrómico, 
fotocatalizador, sensor de gas o de humedad, entre otros usos. 
Es por ello que se elige depositar las partículas de polvo de WO3 sobre 
diferentes sustratos como son el SiO2, carbono, metales puros como son el platino, 
tungsteno, aluminio, titanio y zinc, esto con el fin de tener mayor eficiencia de 
acuerdo al uso que se le dará al material semiconductor. 
Uno de los objetivos primordiales de este trabajo es dar a conocer el cómo 
influye una de las variables al aplicar el método de síntesis, realizando un análisis 
como uno de los parámetros principales de escalamiento, lo cual permita plantear 
un modelo de síntesis que se pueda evaluar en el depósito de películas por 
calentamiento resistivo, describiendo la metodología y el efecto que tiene el utilizar 
sustratos con diferente naturaleza. 
La tesis consta de 4 capítulos, en el primer capítulo se habla sobre las 
propiedades fisicoquímicas de los principales materiales que se utilizaron para 
llevar a cabo el método del Calentamiento Resistivo. En el segundo capítulo se 
nombran algunos aspectos de los métodos de síntesis más comunes como son la 
descomposición térmica, anodizado, sol – gel y calentamiento resistivo, la 
diferencia que hay en cada uno de ellos presentando el factor más importante para 
la elección del mejor método. Asimismo en este capítulo, se podrá ver la 
aplicación del último método mencionado. En el tercer capítulo se describe la 
caracterización de cada película obtenida mediante dos técnicas: Microscopia 
Electrónica de Barrido (MEB) y Espectroscopía Raman, en donde cada técnica 
arrojaron datos importantes de las partículas obtenidas como el tipo de fase, 
tamaño de partícula, intercalación de algún componente, cristalinidad, etc. 
INTRODUCCIÓN 
 
ESIQIE-IPN Página 9 
 
finalmente se tiene un cuarto capítulo, en donde se hace mención a la evaluación 
de propiedades fisicoquímicas, como lo es la Elipsometría, mostrando resultados 
de las películas como es el espesor de cada una de las muestras analizadas, 
índice de refracción y coeficiente de extinción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
ESIQIE-IPN Página 10 
 
 
1
 Valentín Dorantes – García et. al. (2008) Síntesis sencilla de óxido de tungsteno (VI) a partir del filamento 
de un foco, Educación química. 
 
2
Michael J. McKelvy et. al. (2000) ¿Por qué se funde un foco? Journal of Materials Education. Toluca, México. 
3
 A. Pérez Benítez et. al. (2008) Obtaining Films of Tungsten Trioxide by Resisitive Heating of a Tungsten 
Filament. Puebla, México. 
4
 Joel Díaz Reyes et. al. (2009) Un Método no-convencional para Depositar Óxido de Tungsteno. Revista 
Latinoamericana de Metalurgia y Materiales. Universidad Simón Bolívar. Venezuela. 
5
 Superficies y Vacío 23(S) 119-122, agosto de 2010 ©Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología de 
Superficies y Materiales, Estudio de primeros principios de la estructura cristalina y electrónica del 
WO3, Aarón Aguayo y Gabriel Murrieta.. 
 
6
 Superficies y Vacío 21(2) 12-17, junio de 2008 ©Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología de Superficies 
y Materiales, Obtaining of films of tungsten trioxide (WO3) by resistive heating of a tungsten 
filament, J. Díaz-Reyes. 
 
7
 Artículo de Investigación Acosta Díaz, M. et al. / Ingeniería 13-3 (2009) 29-38, Películas delgadas de wo3 
por sol-gel: propiedades estructurales y morfológicas, Acosta Díaz, M.1, Vales Pinzón, C. y Riech 
Méndez, I. 
 
8
 Guo, J., Li, Y., Zhu, S., Chen, Z., Liu, Q., Zhang, D., Moon, W. & Song, D. (2012). Synthesis of WO3@ 
Graphene composite for enhanced photocatalytic oxygen evolution from water. RSC Advances, 2 (4), 
1356-1363. 
 
9
 Quasi-core-shell TiO2/WO3 andWO3/TiO2 nanorod arrays fabricated by glancing angle deposition for solar 
water splitting, Wilson Smith,*
a
 Abraham Wolcott,
b
 Robert Carl Fitzmorris,
b
 Jin Z. Zhang
b
 and Yiping 
Zhao
a
, J. Mater. Chem., 2011,21, 10792-10800. 
 
10
 Photocatalytic WO3/TiO2 nanoparticles working under visible light, Seung Yong Chai, Yong Joo Kim, Wan 
In Lee; J. Electroceramic (2006), 17; 909_912. 
 
11
 J Hazard Mater. 2008 Jun 15;154(1-3):1033-9, Degradation of 4-chlorophenol in TiO2, WO3, SnO2, 
TiO2/WO3 and TiO2/SnO2 systems Lin CF, Wu CH, Onn ZN. 
 
12
 Nanotechnology Volume 22 Number 39 , 2011 Nanotechnology 22 395702, SnO2/WO3 core–shell 
nanorods and their high reversible capacity as lithium-ion battery anodes, Xin-Yu Xue
1
, Bin He, 
Shuang Yuan, Li-Li Xing, Zhao-Hui Chen and Chun-hua Ma. 
 
13
 REVISTA MEXICANA DE F´ISICA S 52 (2), 29–31 FEBRERO 2006, Highly porous tungsten-oxide-based films 
obtained by spray-gel for gas sensingapplications, J.L. Solis1;2, J. Rodriguez1;2, and W. Estrada1;2. 
 
14
 The effects of Al2O3 addition and WO3 modification on catalytic activities of NiO/TiO2 for acid catalysis, 
Jong Rack Sohn and Sung Gyu Lee, Catal. Lett (2008) 120, 116-125. 
 
15
 WO3 and ZnO-doped SnO2 ceramics as insulating material M.A.L. Margionte, A.Z. Simo˜es *, C.S. Riccardi, 
F.M. Filho, A. Ries, L. Perazolli, J.A. Varela, Ceramics International 32 (2006) 713–718. 
http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AWilson%20Smith
http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AAbraham%20Wolcott
http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3ARobert%20Carl%20Fitzmorris
http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AJin%20Z.%20Zhang
http://pubs.rsc.org/en/results?searchtext=Author%3AYiping%20Zhao
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18160216
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Wu%20CH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18160216
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Onn%20ZN%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=18160216
http://iopscience.iop.org/0957-4484/
http://iopscience.iop.org/0957-4484/
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 11 
 
 
CAPÍTULO I 
 
GENERALIDADES. 
En este capítulo se describen algunas de las propiedades fisicoquímicas de 
los materiales principales, inicialmente el tungsteno y luego el óxido metálico 
correspondiente, ya que es importante conocerlas para poder saber las 
aplicaciones principales del material a obtener. 
 
 
1.1. PROPIEDADES DEL TUNGSTENO (W). 
Dentro de los metales de transición (grupo al que pertenece el tungsteno), 
se encuentran aquellos situados en la parte central de la tabla periódica, 
concretamente en el bloque d. Entre las características que tiene el tungsteno, así 
como las del resto de metales de transición se encuentra la de incluir en su 
configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones. Algunas de 
las propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el tungsteno 
son su elevada dureza, puntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos 
conductores de la electricidad y el calor.2 
El tungsteno es muy duro y denso, por lo que se usa en soldaduras, en 
aleaciones con diferentes metales, en bujías de encendido y en las puntas de 
algunos bolígrafos.1 La mayoría del tungsteno metálico se utiliza para hacer piezas 
de carburo cementado y el resto se utiliza en la fabricación de componentes para 
la iluminación, calefacción eléctrica, electrónica y aplicaciones de soldadura, y en 
aceros para herramientas, aleaciones, pigmentos y lubricantes de alta 
temperatura.16 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 12 
 
Desde el punto de vista químico, el tungsteno es relativamente inerte. No lo 
atacan con facilidad los ácidos comunes, los álcalisis o el agua regia. Reacciona 
con una mezcla de ácido nítrico y fluorhídrico. Las sales oxidantes fundidas, como 
el nitrito de sodio, lo atacan fácilmente. El cloro, el bromo, el yodo, el dióxido de 
carbono, el monóxido de carbono y los azufres gaseosos reaccionan con 
tungsteno sólo a altas temperaturas. Junto con el carbono, boro, silicio y nitrógeno 
forma compuestos a temperaturas elevadas; pero no reacciona con el hidrógeno.2 
La siguiente tabla muestra algunas propiedades fisicoquímicas para el 
tungsteno. 
Tabla 1.1. Propiedades fisicoquímicas del Tungsteno. 
PROPIEDAD VALOR 
Nombre común Volframio 
Aspecto Blanco grisáceo y brilloso 
Estado de oxidación +4 
Bloque D 
Calor de fusión 35.4 KJ/mol 
Calor especifico 130J/Kg K 
Conductividad térmica 174 W/ m K 
Conductividad eléctrica 18.9X106 m-1Ω-1 
Densidad 19.25g/cm3 
Electronegatividad 2.36 Pauling 
Estados de oxidación 
6, 5, 4, 3, 2 levemente 
ácido 
Estructura cristalina 
Cubica centrada en el 
cuerpo 
Forma natural Sólido 
Grupo 6 
Numero atómico 74 
Periodo 6 
Radio covalente (Ǻ) 1.46 
Radio iónico (Ǻ) 0.64 
Radio atómico (Ǻ) 1.39 
Peso atómico 183.85 g/gmol 
Presión de vapor 4.27 Pa a 3680K 
Punto de ebullición 5929.85°C 
Punto de fusión 3409.85°C 
CAPÍTULO I 
 
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Símbolo químico W 
Presión de vapor 4,27 Pa a 3680 K 
 
1.1.1. Propiedades Atómicas del Tungsteno. 
La masa atómica de un elemento está determinada por la masa total de 
neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente 
a este elemento. En cuanto a la posición que tiene dentro de la tabla periódica 
de los elementos, el tungsteno se encuentra en el grupo 6 y periodo 6, y tiene 
una masa atómica de 183.84 g/mol. 
La configuración electrónica del tungsteno es 4f14 5d4 6s2. La 
configuración electrónica de los elementos determina la forma en la cual los 
electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio 
del tungsteno es de 1.5 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 1.3 pm y su 
radio covalente es de 1.6 pm.2 
 
1.2. PROPIEDADES DE ÓXIDO DE TUNGSTENO (WO3). 
 
El óxido de tungsteno se utiliza con frecuencia en la industria para la 
fabricación de fósforos volframatos, pantallas de rayos X, para tejidos de 
protección contra incendios y en sensores de gas. Debido a su color amarillo 
intenso, también se usa como pigmento en cerámicas y pinturas.17 La siguiente 
figura presenta una imagen del polvo de óxido de tungsteno amarillo. 
 
Figura 1.1. Polvo de amarillo de óxido de tungsteno. 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=tungsten+oxide&source=images&cd=&docid=7GoDjC6wWveaoM&tbnid=9SrDLFlAtgLYRM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.tungsten-powder.com/Yellow_Tungsten_Oxide.html&ei=ZR8PUdTEF8raigK9jICYCg&bvm=bv.41867550,d.cGE&psig=AFQjCNGS1J6LRHEVi4F-nq52bC-VzHQgJQ&ust=1360031484464373
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 14 
 
En los últimos años, el óxido de tungsteno se ha empleado en la fabricación 
de ventanas electrocrómicas o ventanas inteligentes. Estas ventanas son de vidrio 
eléctricamente intercambiable, las cuales cambian de acuerdo a las propiedades 
de transmisión de la luz aplicando un voltaje determinado. Esto permite al usuario 
teñir las ventanas, sólo cambiando la cantidad de calor o la luz de paso. Otro 
nuevo uso para el tungsteno se encuentra en explosivos de metal inerte denso.18 
 
1.2.1. Designaciones de Nombres para el Óxido de Tungsteno. 
 
Al óxido de tungsteno se le ha designado diferentes nombres químicos así 
como fórmulas químicas, éstas se presentan a continuación19: 
Nombres químicos: 
 Óxido de tungsteno. 
 Trióxido de tungsteno. 
 Trióxido de tungsteno (VI). 
 Formulas químicas: 
 W2O5. 
 WO2. 
 WO3. 
 
 
1.2.2. Descripción del Óxido de Tungsteno. 
 
El óxido de tungsteno es obtenido de minerales como scheelita (CaWO4) y 
wolframita (Fe, Mn) WO4. Es insoluble en agua y ácidos, pero soluble en líquidos 
alcalinos calientes.19 
En la tabla 1.2, se resumen algunas de las propiedades fisicoquímicas del 
óxido de tungsteno. 
CAPÍTULOI 
 
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Tabla 1.2. Propiedades físicas y químicas del óxido de tungsteno.18 
PROPIEDAD VALOR 
Aspecto Polvo Amarillo sin olor 
Densidad 2.3 – 2.8g/cm3 
Gravedad especifica 7.2 g/cc 
Peso atómico 231.85 g/mol 
Punto de ebullición 1837°C 
Punto de fusión 1473°C 
Símbolo químico WO3 
 
Se conocen cuatro fases cristalinas estables para este material, las cuales 
son dependientes de la temperatura a la que se encuentra el óxido de tungsteno, 
además existe la fase cubica que es metaestable, dichas fases se resumen en la 
siguiente tabla: 
Tabla 1.3. Información de los estados cristalinos del WO3.
20 
FASE CRISTALINA TEMPERATURA (°C) 
Triclínico -40 a 17 
Monoclínico 17 a 330 
Cubico 200 a 310 
Ortorrómbico 310 a 740 
Tetragonal 740 o más. 
 
La siguiente figura muestra la estructura cristalina más común del óxido de 
tungsteno.21 
 
 
 
 
 
Figura. 1.2. Estructura cristalina monoclínica del óxido de tungsteno (VI), las bolas rojas representan 
Oxígeno y las grises el Tungsteno. 
 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Kristallstruktur_Wolfram(VI)-oxid.png
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 16 
 
1.3. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE PELÍCULAS DE 
MATERIALES ELECTROCRÓMICOS. 
 
Las películas delgadas de algunos materiales son ópticamente activos y 
pueden cambiar sus propiedades ópticas debido a las condiciones externas. Hay 
varios grupos de mecanismos responsables de estas variaciones, los más 
comunes son como sigue:20 
 Termocromismo. Inducido por el calor 
 Fotocromismo. Inducido por la radiación de la luz 
 Electrocromismo. Inducido por la ganancia o pérdida de electrones. 
 Solvatocromismo. Depende de la polaridad del solvente 
 Catodocromismo. Es inducido por la irradiación de un haz de electrones. 
 
Este trabajo de tesis se enfocará en el estudio de las películas de 
materiales electrocrómicos puesto que el óxido de tungsteno es aplicable en este 
caso. 
 
1.3.1 Cromismo 
El cromismo es un cambio reversible en el color de una sustancia resultante 
de un proceso causado por algún tipo de estímulo. En la mayoría de los casos el 
cromismo se basa en un cambio en los estados electrónicos de las moléculas, 
especialmente en los estados electrónicos π o d, así que el fenómeno se induce 
por varios estímulos externos los cuales puedan alterar la densidad electrónica de 
las sustancias. Muchos materiales son crómicos, incluyendo los compuestos 
inorgánicos y orgánicos y polímeros conductores, y la propiedad puede ser 
resultado de muchos mecanismos diferentes.22 
 
 
 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 17 
 
1.3.2. Electrocromismo. 
 
Los materiales electrocrómicos llegan a cambiar su índice de refracción por 
inyección o extracción de iones cuando se aplica un potencial eléctrico. Esta 
transferencia de iones está dada por un movimiento de electrones de la fuente de 
potencial logrando mantener la neutralidad eléctrica. El índice de refracción 
cambia desde la transmitancia y/o reflectancia, las cuales se consideran 
características importantes de los materiales electrocrómicos, resultando en un 
cambio de color visible. Esto sucede cuando un haz de luz incide sobre un 
material a ciertas longitudes de onda absorbidas y otras reflejadas; si las 
longitudes de onda absorbidas están dentro del rango visible, no percibimos 
cambio alguno y el material puede parecernos transparente, pero al producirse 
absorciones dentro de ese rango se genera una sensación de color.20 
El electrocromismo es la capacidad de un material para cambiar su color de 
manera reversible cuando se tiene una reacción electroquímica pudiendo ser de 
oxidación o de reducción (extracción o aporte de electrones al material) provocada 
por la aplicación de un potencial eléctrico23; en sí mismo es la propiedad de un 
dispositivo que consiste en varias capas de diferentes materiales, cada uno de los 
cuales tiene una función específica. 
Existen diferentes diseños de micro-dispositivos electrocrómicos. La figura 
1.3 es una representación esquemática de un dispositivo electrocrómico. Los 
equipos se componen principalmente de cinco capas:24 
 La primera capa consiste en un material eléctricamente conductor y 
ópticamente transparente. 
 La segunda capa es una película de material electrocrómico. 
 La tercera capa es el electrolito o la capa del conductor iónico. 
 La cuarta capa es el donador de iones. Son electrocrómicos y de 
conducción de iones y electrones. Sin embargo, la capa conductora debe 
tener conductividad cero para el electrón. 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 18 
 
 La última capa es el recubrimiento del dispositivo electrocrómico es una 
capa eléctricamente conductora y ópticamente transparente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los materiales electrocrómicos son los más potenciales y los más usados 
comercialmente de la clasificación del cromismo. Los más conocidos son los tres 
materiales siguientes:22 
 Películas de óxidos metálicos. 
 Tintas moleculares. 
 Polímeros conductores. 
 
La mayoría de los materiales electrocrómicos son sistemas sólidos, aunque 
algunos de estos sistemas existen en solución. Las propiedades importantes para 
los materiales electrocrómicos son:25 
 Tiempos de conmutación. 
 Relaciones de contraste. 
 Eficiencia en la coloración. 
 Memoria electrocrómica. 
 Estabilidad a largo plazo. 
El tiempo de conmutación es definido como el tiempo para que el cambio 
del color sea el 75% con respecto al último cambio en la transmitancia. La relación 
Figura 1.3. Representación esquemática de un dispositivo electrocrómico. 
 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 19 
 
de contraste en la diferencia en la transmitancia en el espectro visible. La memoria 
electrocrómica es la habilidad del material para detener el color sin corriente. La 
eficiencia de coloración es el cambio en la densidad óptica por unidad de área del 
electrodo para una longitud de onda dada.22 
Pueden obtenerse recubrimientos delgados, trasparentes y conductores 
utilizando dos tipos de materiales pudiendo ser semiconductores y metales. Las 
propiedades eléctricas de los semiconductores dependen de la estequiometría y la 
cantidad de material, así como de la naturaleza de los elementos dopantes.22 
 
1.3.2.1 Electrocromismo Metal - Ión. 
Algunos óxidos metálicos de transición son capaces de llevar a cabo una 
reacción de reducción resultando un cambio en su coloración. Algunas películas 
de óxido metálico se preparan comúnmente como capas delgadas de cualquier 
metal, ya sea tungsteno, níquel, molibdeno u otros compuestos metálicos. Dichas 
películas se han obtenido por diversos métodos de síntesis como el de sol – gel, 
métodos electroquímicos, por técnicas reactivas de pulverización catódica o por 
inmersión de soluciones de los compuestos electrocrómicos de metal sobre 
electrodos transparentes, entre otras.26 
Su electrocromismo se deriva del cambio de color asociado con un cambio 
en el estado de oxidación del anión del metal. El comportamiento de estos 
materiales es dependiente del pH, la húmedad y la exposición a la atmosfera. En 
general, los casos de cambio de estas películas es un poco lento, con los típicos 
cambios en los tiempos de conmutación de aproximadamente 15-60 segundos 
para lograr el 100% de conversión de cualquier estado coloreado a decolorado.27 
 
 
 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 20 
 
1.4. PELÍCULAS DE ÓXIDO DE TUNGSTENO. 
 
Las películas de este material exhiben diferentes propiedades ópticas y 
eléctricas dependiendo de las condiciones y técnicas de deposición. Las 
características de las películas de WO3 las hacen sustitutos de dispositivos o de 
ventanas electrocrómicas. Dependiendo de la técnica de síntesis utilizada y de las 
condiciones de deposición se obtienen diferencias significativas en la película de 
óxido de tungsteno producido, los cuales pueden ser cambios en la estructura 
cristalina, variacionesdel comportamiento óptico, así como de las propiedades 
eléctricas y electrocrómicas.4 
En las películas de óxido de tungsteno a menudo se presentan problemas 
relacionados con la presencia de hidrógeno, debido a la baja densidad mostrada 
por estas películas.20 
 
1.4.1. Características Generales de Óxido de Tungsteno. 
Una película amorfa de WO3 tiene una conducción iónica y electrónica 
definida, son porosas y se constituye por grupos. Los grupos son construidos de 
no más de 3 – 8 octaedros unidos entre sí por las esquinas o bordes y en la 
estructura completa de la película conectadas entre sí por enlaces W – O – W o 
puentes de agua. Los huecos observados dentro de la película son el resultado del 
relleno al azar de los grupos y sobre todo, dan la estructura abierta lo cual que 
normalmente está lleno de agua molecular tomada del aire. La presencia de agua 
es necesaria para estabilizar la estructura micro cristalina de una película de α-
WO3 con la estructura de poros abiertos. La conducción iónica de una película de 
α-WO3 está asegurada por el transporte de protones a través de canales o 
puentes de agua en los poros, pero la conducción electrónica se lleva a cabo por 
los grupos unidos por enlaces W – O – W.25 
El sistema WO binario es bastante complejo con un gran número de fases, 
la fase más estable del WO3 a temperatura ambiente tiene una estructura 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 21 
 
monoclínica, pero esta se transforma de una ortorrómbica a una tetragonal a 
temperaturas más altas. El trióxido de tungsteno puede cristalizar en muchos 
polimorfos con estructuras cristalinas diferentes. Generalmente el WO3 y 
materiales electrocrómicos afines, se dividen en tres grupos con respecto a 
estructuras cristalinas.20 
 Tipo Perovstato (WO3, MoO3, SrTiO3): los óxidos de tungsteno consisten en 
WO6 – octaedros dispuestos en intercambio de varias configuraciones. Las 
principales diferencias entre las fases son: cambios de posición y 
variaciones de longitudes de enlace. 
 Tipo Rutilo (TiO2, MnO2, VO2, RuO2, IrO2 y RhO2): puede ser construido de 
MeO6 unidades de octaedros formadoras de infinitas cadenas compartidas 
de borde que pueden crear túneles vacíos. 
Dónde: 
 Me = metal 
 O = oxígeno. 
 Estructuras de capas y bloques formando un grupo no definido (V2O5, 
Nb2O5).
4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I 
 
ESIQIE-IPN Página 22 
 
 
1
 Valentín Dorantes – García et. al. (2008) Síntesis sencilla de óxido de tungsteno (VI) a partir del filamento 
de un foco, Educación química. 
 
2 Michael J. McKelvy et. al. (2000) ¿Por qué se funde un foco? Journal of Materials Education. Toluca, México. 
16 Recuperado de http://elementos.org.es/wolframio-tungsteno, el 15 de enero del 2012. 
17 Recuperado de http://www.reade.com/products/35-oxides-metallic-powders/809-tungsten-oxide-
tungsten-iv-oxide-wo2-tungsten-vi-oxide-wo3-tungsten-trioxide-tungsten-vi-trioxide-tungstic-
anhydride-wo2-cas1314-35-8-wo3-, el 15 de enero del 2012. 
18 Chemestry of Tungsten, recuperado de www.ed.augie.edu/awaspaas/inorg7tungsten.pdf, el 15 de enero 
del 2012. 
19 Síntesis y Caracterización de nanopartículas de óxido de tungsteno mediante condensación en gas inerte 
(IGC), Daniel Guillermo Gálvez Artanabia, Universidad de Chile, Santiago de Chile (2011) 9 – 11. 
20
 Revestimentos Multicamada PVD COM Comportamento Electrocrómico, Alcino João dos Santos Cunha 
Monteiro, Master Thesis, Provas de Maestrado – Braga. 2004. 
 
21
 Crystal structure of tungsten(VI) oxide, data from: B.O. Loopstra, H.M.Rietveld: Futher refinement of the 
structure of WO3. In: Acta Cryst., 1969, B25, S. 1420-21. 
 
22
 Chromism, recuperado de www.ntlworld.com/colin.pratt/chromism.pdf, el 9 de febrero del 2012. 
 
23
 Electrocromismo en el Aula: Una Aplicación Práctica para Física, Química y Matemáticas en primeros 
cursos universitarios; Padilla Martínez Javier Trillo Moya Juan Carlos, Jornadas sobre la Enseñanza 
de las Ciencias y las Ingenierías, pág 2. 
 
24 Recuperadodehttp://books.google.com.mx/books?id=XvY_G4yUoacC&pg=PA101&lpg=PA101&d
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bN2381ImAE&hl=es&ei=qTNVTv7MKIuLsAKPpmiBw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=5
&ved=0CDYQ6AEwBA#v=onepage&q=oxido%20de%20tungsteno%20peliculas%20delgadas&f=fals 
el 16 de enero del 2012. 
 
25 P.V. Ashirt et. al. (1997) Electrochromic properties of Nanocrystalline Tungsten Oxide Thin Films, 
University of Moncton, Canada. 
26 V.M. Fuenzalida et. al. (2011) Tungsten Oxide Nanoparticles Grown by Condensation gas Using Domestic 
Appliances. Universidad de Chile. Santiago de Chile. 
27 C.G. Granqvist (1999) Electrochromic Tungsten Oxide Films: review of progress 1933-1998. Uppsala 
University. Sweden. 
 
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http://books.google.com.mx/books?id=XvY_G4yUoacC&pg=PA101&lpg=PA101&dq=oxido+de+tungsteno+peliculas+delgadas&source=bl&ots=KUk56w7uks&sig=0bzI0ai1PjXt4AwtPbN2381ImAE&hl=es&ei=qTNVTv7MKIuLsAKPpmiBw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=5&ved=0CDYQ6AEwBA#v=onepage&q=oxido%20de%20tungsteno%20peliculas%20delgadas&f=fals
CAPÍTULO II 
 
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CAPÍTULO II 
 
SÍNTESIS DE PELÍCULAS DE ÓXIDO DE 
TUNGSTENO 
El óxido de tungsteno es uno de los gases más interesantes para la 
investigación y detección de gases, pues se ha demostrado que es un material 
resistivo y óptico, con especial relevancia en los sistemas comerciales, debido a la 
demanda para el seguimiento de los procesos de combustión de gases, para 
poder detectar las fugas y/o contaminación en plantas industriales. 
El óxido de tungsteno es de gran interés debido a sus propiedades ópticas y 
electrónicas, ya que es un buen candidato para aplicaciones en fotocatálisis 
electrocrómicos, sensores y dispositivos.28 
El óxido de tungsteno se ha estudiado ampliamente, se dice que tienen 
interesantes propiedades físicas, lo cual lo hace adecuado para un material 
electrocrómico y una variedad de aplicaciones potenciales. Dichas propiedades 
fueron reportadas por Jarmo Kukkola et. al. Desde entonces se han propuesto 
muchas teorías de mecanismo electrocrómico para el WO3. 
29 
Entre otras cosas, las nanopartículas de óxido de tungsteno han sidoreportadas para mejorar significativamente la selectividad en peso del H2, como 
sensor de gas. La tabla 2.1 resume los materiales basados en WO3 utilizados para 
la detección de gases así como las características y condiciones de 
funcionamiento. 
 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 24 
 
Tabla 2.1. Detección de NO2 usando varios tipos de sensores de gases basados 
en WO3 como material activo.
29 
 
Las películas de óxido de tungsteno de diferente fase, diferente tamaño de 
partícula, espesor y porosidad son sintetizadas principalmente por sputtering, por 
deposición química de vapor (CVD), por procesos de química húmeda, así como 
por oxidación térmica, por síntesis de anodizado electroquímico, todas estas están 
basadas en que el punto de partida es una superficie de tungsteno, asimismo 
existen otras. 
MATERIAL 
LIMITE DE 
DETECCION 
(ppm) 
TEMPERATURA DE 
OPERACIÓN 
(°C) 
TEMPERATURA 
OPTIMA 
(°C) 
ELECTRODOS 
TEMPERATURA 
DE RECOCIDO 
(°C) 
 
 
Películas 
delgadas de 
WO3 
1 250-450 400 Pt 400 
10 50-300 100 Pt 500 
1 120-300 220 Au 
Oxidado a 
800 
0.01 200 200 Au 400 
3 35-100 100 Pt 250 
1 25-300 50 Pt 400 
2 200 200 Au 550 
Nanopartículas 
de WO3 
0.05 200 200 Au 300 
Compositos de WO3 
CNT 0.5 25 25 No especificado 400 
CNT 5 200 200 Au 400 
Au 
DECORADO 
CNT 
0.01 250 250 Pt / Cr 300 
Metal dopado con WO3 
Bi/In 1 250-350 ------ Au ----- 
Au 5 100-300 150 Pt 600 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 25 
 
Entre los métodos de síntesis más comunes tenemos la descomposición 
térmica, anodizado, sol – gel, calentamiento resistivo, la diferencia entre cada uno 
de ellos es la calidad de las películas y costo de producción, presentado un factor 
importante para la elección del método de síntesis. Tales métodos a continuación 
se describirán brevemente. 
 
2.1. DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA. 
La descomposición térmica es un proceso que de modo espontáneo o 
provocado, algunos compuestos experimentan cuando un agente externo provoca 
desestabilidad. Comúnmente sabemos que a partir de una sustancia compuesta 
se originan dos o más sustancias de estructura química más sencilla.30 
La ecuación química generalizada de una descomposición química es: 
AB → A + B o bien Reactivo → A + B +... 
Es bien conocido que la descomposición química se presenta como una 
reacción no deseada, ya que la estabilidad del compuesto siempre estará limitada 
cuando se expone a condiciones ambientales extremas siendo el calor, la 
electricidad, las radiaciones, la humedad o la exposición a ciertos compuestos 
químicos corrosivos u oxidantes. Los casos más frecuentes de descomposición 
son la descomposición térmica o termólisis y la electrolisis.31 
La descomposición térmica es una reacción en la que el calor se utiliza para 
dividir una sustancia química en dos o más sustancias. Debido a que la 
descomposición térmica a menudo es endotérmica, puede ser utilizada para 
aumentar el valor de calentamiento de un combustible. La electrólisis involucra la 
separación de los elementos que forman un compuesto cuando se le aplica 
electricidad, de forma inicial se produce la descomposición en iones, seguido de 
reacciones secundarias según sean los casos de acuerdo a la reacción anterior.31 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 26 
 
De acuerdo con A.O. Lalpakli et. al uno de los procesos básicos de 
producción de tungsteno por descomposición térmica, es a partir del compuesto 
paratungstanato de amonio hidratado ((NH4)3[PW12O40]xH2O, APhT), un producto 
intermedio que se llega a descomponer por calcinación es el óxido de tungsteno 
(WO3). Se conoce que la materia prima para la producción del tungsteno es el 
óxido de tungsteno azul (TBO por sus siglas en ingles tungsten blue oxide), 
obteniéndose este último por descomposición térmica a partir del APhT en 
presencia de una atmósfera de aire. En el proceso inicialmente del concentrado de 
scheelita se lixivia en soluciones de HCl, con H3PO4, el cual es utilizado como 
agente quelante para formar fosfotungstato (P2O5 24WO3, PhtA) soluble en agua, 
luego el PhtA se precipita mediante la adición de NH4Cl a la solución de lixiviación. 
Después se establece la descomposición térmica de PhtA en una atmósfera de 
aire, en donde se produce WO3. Mientras que se tiene una reducción del óxido de 
tungsteno en presencia de H2, lo que conduce a la formación de tungsteno en 
polvo.30 
 
2.2. ANODIZADO. 
El anodizado es un método de síntesis utilizado para modificar la superficie 
de cualquier metal. En sí, el anodizado es la formación de una capa protectora de 
óxido sobre el metal precursor, dicha capa se puede producir natural (oxidación 
por medio del ambiente que lo rodea) o artificialmente (mediante procedimientos 
electrolíticos), consiguiéndose de esta manera una mayor resistencia y durabilidad 
del metal, la protección del metal va a depender en gran medida del espesor de la 
capa de óxido producido, por lo que la anodización es usada frecuentemente para 
proteger a los metales de la abrasión y la corrosión. El proceso se nombra así ya 
que el precursor se conecta al ánodo del circuito eléctrico.32 
Las clasificaciones del anodizado están basadas principalmente tomando 
en cuenta los espesores de las capas generadas a partir del proceso. Sin importar 
CAPÍTULO II 
 
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el medio acuoso donde se desarrolla el anodizado (electrolito), tiempo, voltaje o la 
corriente aplicada en el proceso de síntesis. Así se tienen dos tipos de anodizado: 
 Anodizado blando: se tienen espesores de capa menores a 30μm. Estas 
son utilizadas para aplicaciones estéticas o decorativas. 
 Anodizado duro: consiste en espesores desde 30μm hasta 100μm y son 
utilizadas para aplicaciones industriales. 33 
La siguiente figura representa el proceso de anodizado común. 
 
 Figura 2.1. Esquema del Proceso de Anodizado Típico. 
34
 
 
Los materiales nanoesructurados porosos de óxido de tungsteno pueden 
ser sintetizados por anodización a partir de placas de tungsteno en medio acuoso 
con NaF como electrolito. El tamaño de la partícula se ha reportado de varios 
niveles manométricos. El producto obtenido del anodizado es el óxido de 
tungsteno, el cual ha sido usado para fabricar sensores de gas debido a que las 
películas sintetizadas por este método muestran una relación corriente voltaje no 
lineal. La temperatura optima de funcionamiento del material sintetizado, debe ser 
alrededor de los 200°C, y la respuesta del WO3 depende del método de síntesis.
35 
La formación de películas sobre tungsteno se ha estudiado con diferentes 
soluciones electrolíticas y a diferentes temperaturas, aunado a esto se conoce que 
la composición química de las películas está fuertemente influenciada por la 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 28 
 
temperatura de trabajo. Cuando se establece el anodizado, el primer paso es la 
formación de una capa barrera de WOn amorfa, el grosor de la capa de óxido 
ocurre a cuenta de la disolución del WO, seguido de una precipitación de óxidos 
poco solubles sobre la superficie del electrodo. 36 
Las propiedades físicas de las películas anódicas de óxido de tungsteno 
dependen de algunas variables de síntesis, las más importantes son la 
temperatura, tipo y composición del electrolito, aunque la temperatura influye 
fuertemente en la composición química de las capas del óxido formado; por 
ejemplo a temperatura ambiente (25°C) resulta principalmente WO3, mientras que 
a 70°C las especies predominantes son WOn H2O, la presencia de esta especie es 
debida a la adición de soluciones de ácidos calientes lo que causan la 
precipitación de WOn H2O y que se vuelve poco soluble en agua y ácidos.
37 A 
temperatura ambiente en HNO3 y H2SO4, la película barrera amorfa detiene su 
engrosamiento al mismo tiempo que la tensión llega a su máximo. Estos 
procedimientos de obtención de óxido detungsteno sustituyen al H2 para sensores, 
puesto que ofrece gran potencial a un bajo costo.38 
 
2.3. SOL – GEL. 
Algunos investigadores han empleado una gran variedad de técnicas para 
la deposición de películas delgadas de WO3. Una de esas técnicas de alto 
volumen y bajo costo, son las técnicas húmedas, como el proceso de sol - gel. 
Esta metodología ofrece entre otras ventajas, una buena reproductibilidad en 
términos de espesor, cristalinidad, composición y buena estequiometría de las 
partículas preparadas de la misma.39 
El proceso de sol – gel típicamente utiliza la síntesis de recubrimientos de 
óxido a través de reacciones de hidrólisis y condensación que se inician a partir de 
compuestos organometálicos o sales inorgánicas. Este método puede ofrecer una 
manera rentable para producir películas de óxido de metálico y puede facilitar su 
uso en escala industrial. Las soluciones precursoras que se han podido utilizar 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 29 
 
para la producción de óxido de tungsteno son diversas, se seleccionan de acuerdo 
a la estequiometría y espesor de la película deseados.40 
Las películas de óxido de tungsteno sintetizadas por sol – gel, se obtienen 
inicialmente a través de un proceso de policondensación o bien por un proceso de 
acidificación de una solución acuosa de tungstato, también se pueden producir 
mediante hidrólisis de compuestos organometálicos o derivados de tungsteno.41 
Se sabe que las propiedades de las películas pueden ser alteradas 
cambiando los parámetros de síntesis, por ejemplo variando características de la 
solución precursora, como la viscosidad y el pH, o modificando las condiciones de 
tratamiento térmico. Se pueden realizar modificaciones químicas de las soluciones, 
mejorar la cinética, la durabilidad, la eficiencia y la capacidad de carga en el 
almacenamiento de la película de WO3.
42 
La técnica de sol – gel consiste en la hidrólisis de los precursores 
moleculares y en la policondensación a una forma vidriosa (matrices amorfas), las 
películas debido a su porosidad, permite la agregación de sustancias orgánicas e 
inorgánicas durante la formación de la red vidriosa, a una temperatura alrededor 
de 20°C a presión atmosférica. Esta técnica es atractiva por su homogeneidad, de 
fácil control de composición, se realiza a bajas temperaturas, es posible obtener 
un gran área de recubrimientos, se tiene la posibilidad de mezclar y dopar óxidos 
con otros materiales, así también se puede controlar la microestructura de los 
recubrimientos depositados, el equipo es de bajo costo, ya que no se requiere 
utilizar sistemas para alcanzar un alto vacío.42 
Cuando se establece una variación de la humedad relativa durante la 
deposición de película se puede presentar una influencia de las propiedades 
microestructurales y electrocrómicas de óxido de tungsteno. Se obtienen películas 
amorfas o con una morfología de superficie nanoporosa sobre la estructura y 
grandes propiedades electrocrómicas. Cuando hay humedad en las películas 
resultantes la porosidad y la estructura también varían significativamente. Se 
puede dopar con litio para mejorar la eficiencia de coloración, reflejándose en 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 30 
 
regiones fotónicas y solares. Mejorando las funciones del material en cuanto a 
mayor superficie nanocristalina y una microestructura porosa. Esta propiedad no 
ha sido de gran interés de estudio durante el proceso.39 
Existen dos métodos derivados de esta síntesis que comúnmente se 
emplean dentro de esta técnica los cuales son spin coating (rotación de subtratos) 
y dip coating (inmersión en sol – gel). 
El sol – gel se considera como una técnica de depósito poco apropiada para 
la obtención de películas orientadas. La forma de nucleación y crecimiento sobre 
un substrato cristalino a partir de depósito amorfo obtenido por sol – gel, son 
fundamentales en el crecimiento orientado de la película. Una nucleación 
heterogénea facilita un crecimiento orientado de la película. Este tipo de 
nucleación se puede inducir, bien a través de los substratos o superficies donde 
fase cristalina empieza a nuclear y /o mediante las condiciones de procesado de la 
película.41 
Existen varios reportes acerca de la preparación del óxido de tungsteno con 
la técnica de sol – gel, ya que se ha demostrado que es uno de los materiales 
cuya ruta de obtención es muy económica, sencilla de realizar y variable. Los 
precursores utilizados para la obtención de estos óxidos son tungsteno metálico y 
hexacloruro de tungsteno.40 
Sin embargo no existe un camino bien establecido para correlacionar un 
sistema particular de síntesis y la morfología de las partículas, y por consiguiente 
de las películas elaboradas a partir de ellas. Por esta razón, para cada sistema de 
crecimiento de sol – gel, es necesario establecer la relación de dependencia entre 
los parámetros de crecimiento y las propiedades de las películas obtenidas, para 
que de esta manera pueda establecer una gran ruta, de acuerdo a las 
características que se desean obtener.39 
 
 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 31 
 
2.4. MÉTODO DEL CALENTAMIENTO RESISTIVO. 
Las propiedades físicas de un material están muy afectadas por su orden 
estructural y morfología. Diferentes métodos de preparación tienen sus ventajas 
específicas, desde el punto de vista de la calidad de la película y el costo de 
producción de materiales para las diferentes aplicaciones.2 
Se ha encontrado un método aún más fácil y económico que los descritos 
con anterioridad, utilizado en la fabricación de óxido de tungsteno. Este método es 
llamado calentamiento resistivo. En este método se obtiene el WO3 a partir de una 
bombilla estándar (o foco estándar). La reacción consiste en la oxidación a altas 
temperaturas, entre 2000 y 3000°C, del filamento en presencia de aire.26 
El calentamiento resistivo es un método de evaporación térmica, el cual 
consiste en la utilización de un hilo de tungsteno no conductor, en forma de espiral, 
en algunos casos se encuentra rodeando el material a vaporar, en el cual se hace 
pasar la corriente eléctrica hasta que el hilo alcanza la temperatura deseada, 
cuando se trata de un material en forma de polvo a evaporar. Los materiales 
típicos utilizados para el filamento u hoja metálica suelen ser metales refractarios 
de alto punto de fusión (Ta, Mo, W), es decir con Pvap ≈ 0, a Tevap = 1000 – 2000°C. 
para el caso de hilo metálico, es conveniente que el evaporante, cuando alcance 
el punto de fusión, moje el metal para evitar el desprendimiento. La siguiente 
figura representa los diferentes métodos mayormente utilizados para 
calentamiento resistivo.43 
 
Figura 2.2. Esquema de los diferentes métodos de calentamiento resistivo, a) mediante filamento, b) 
banda metálica, c) y crisol. Empleados en la evaporación térmica. 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 32 
 
Para la síntesis de tungsteno por este método, las condiciones del proceso 
se alcanzan fácilmente. Se establece mediante la conexión de una bombilla 
común rota (con el filamento intacto) a una fuente de alimentación de 100 volts. El 
vapor del WO3 se condensa, en un tubo de cuarzo, obteniéndose una cantidad a 
nivel de miligramos.4 
Las películas delgadas de óxido de tungsteno tienen dos órdenes extremas 
estructurales, las cuales son estructuras amorfas (α-WO3) y policristalinas (c- 
WO3), dichas películas son bastante porosas y contienen iones alcalinos muy 
pequeños, los cuales pueden ser intercalados fácilmente en ellas.4 
Es importante definir que para mejorar las propiedades de los materiales se 
requiere una inspección más detallada de las condiciones de preparación y 
también de las propiedades fisicoquímicas de las películas. Sin embargo se debe 
tomar en cuenta una caracterización sistemática de las propiedades de los 
materiales es de gran interés, por lo que es necesario entender las propiedadeselectrocrómicas de las películas de WO3.
44 
 
 
→ (2.1.) 
A la temperatura y presión en la que funciona el foco de la luz convencional, 
el filamento se va adelgazando en determinadas secciones, por lo que cambia la 
resistencia en esos puntos. Parte del vapor de tungsteno formado se condensa 
por enfriamiento con el gas inerte que contienen estas bombillas. El polvo negro 
que se deposita en la pared interior de la bombilla, que se puede observar a 
simple vista, ha sido después de muchos meses de uso. Existe otra razón por la 
que se llega a degradar el filamento de las bombillas, y es debido a que se lleva 
una serie de reacciones químicas a alta temperatura y baja presión que pasan 
entre el vapor del tungsteno formado y el llenado de nitrógeno u otros gases 
procedentes del aire que no puede ser evacuados dentro de la bombilla, entre 
esos productos encontramos al oxido de tungsteno (ecuación 2.2.), y nitruro de 
tungsteno (VI) (ecuación 2.3.) y amoniaco (ecuaciones 2.4. y 2.5.).45 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 33 
 
 (2.2.) 
 (2.3.) 
 
 
 (2.4.) 
 (2.5.) 
Existe una gran desventaja en el uso de las bombillas, y es que ellas 
exploten durante el uso, aunque esto es relativo debido a su bajo costo.45 
En contraste, la oxidación intencional del filamento de una bombilla 
estándar por calentamiento eléctrico a 110 volts en presencia de aire, es un 
fenómeno que nos permite obtener óxido de tungsteno a bajo costo, siendo esto 
una ventaja. Es importante aclarar que el WO3 obtenido a partir del filamento de 
una sola bombilla, es suficiente para caracterizar estructuralmente el compuesto 
electrocrómico.45 
La siguiente figura representa la configuración esquemática del sistema 
utilizado para el depósito por calentamiento resistivo, para la síntesis de las 
películas de óxido de tungsteno. El principio de la reacción es que todos los 
metales liberan electrones cuando se calientan a la temperatura adecuada, y 
mientras más temperatura se aplica, mayor cantidad de electrones se emiten.45 
Cuando por un filamento metálico, insertado en un circuito eléctrico, circula 
una corriente de suficiente intensidad, se consigue proporcionar a los electrones 
suficiente energía térmica para sobrepasar la barrera energética que evita que los 
electrones sean liberados. Muchos metales no soportan durante mucho tiempo la 
temperatura necesaria sin deteriorarse. El wolframio o tungsteno (W), sin embargo, 
tiene una temperatura de fusión suficientemente alta (3,650ºC), por eso se utiliza 
este material.46 
 
 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Después de tener la configuración anterior, el sistema es conectado a una 
fuente de alimentación de 110 volts para inducir su calefacción por su resistividad, 
el oxígeno (aire atmosférico) se encuentra presente en el sistema y es necesario 
para hacer la oxidación. La figura 2.4. muestra el sistema representativo. 
 
 
Figura 2.4. Diagrama del dispositivo eléctrico para la síntesis de WO3 conectado a una corriente 
eléctrica.
2
 
2.4.1. Procedimiento Experimental. 
 
a) Romper el vidrio de la bombilla (bulbo) cuidando de no romper el filamento, esto 
con el fin de retirar el vacío en la bombilla, debido a que es necesaria la oxidación 
Soporte del 
sustrato de 
cobre 
Sustrato 
Filamento de 
tungsteno 
Bombilla 
rota 
Termopar 
(TC) 
Vaso de 
precipitado 
Contacto 
eléctrico 
Figura 2.3. Configuración del experimento para la síntesis y condensación de 
películas de WO3 a partir de una bombilla estándar. 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 35 
 
del tungsteno, esta oxidación se lleva a cabo mediante la reacción del tungsteno 
con el oxígeno del aire. La bombilla queda como se muestra en las siguientes 
figuras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Conectar el dispositivo eléctrico a una toma de 110 volts y marcar la posición de 
encendido del apagador. 
c) Conectar la bombilla estándar de 60 watts ya sin bulbo, al socket ubicado en el 
sistema experimental. 
 
 
 
 
 
 
 
a b 
Figura 2.6. Bombilla eléctrica conectada a un socket. 
Socket 
Bombilla 
Tungsteno 
Figura 2.5. (a) bombilla estándar de 60 watts, (b) bombilla estándar de 60 watts rota (sin vacío), con el 
filamento intacto. 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 36 
 
d) Colocar un vaso de precipitados para obtener el WO3 condensado, o bien, en este 
caso fue colocado un tubo de cuarzo, poniendo en el borde superior de este un 
portaobjetos de sílice (substrato), sobre el portaobjetos se pretende realizar el 
depósito para obtener las películas de WO3. 
e) Encender el interruptor para dejar pasar la corriente. En este punto se puede 
observar que al paso de corriente, el tungsteno alcanza a llegar a su temperatura 
de fusión liberando electrones de tungsteno, los cuales se combinan con el 
oxígeno del aire formando de forma casi instantánea óxido de tungsteno. Esto se 
puede verificar al observar el vapor que se comienza a desprender al hacer 
circular una corriente de suficiente intensidad como para desprender los iones, 
comenzándose a deteriorar el filamento de tungsteno. Las siguientes figuras 
presentan la formación del vapor de WO3, la condensación del compuesto y la 
formación de la película de WO3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.7. Formación de vapor de WO3. 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.8. Condensación de WO3. 
Figura 2.9. Formación de la película electrocrómica de WO3 en un 
substrato. 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 38 
 
Se realizaron 11 muestras con las mismas condiciones de síntesis. Cada 
muestra se dejó aproximadamente 10 minutos para condensar el vapor de WO3 y 
así obtener las películas delgadas electrocrómicas, se observó un polvo amarillo, 
el cual es característico para reconocer este compuesto. 
La reacción que se llevó a cabo fue de acuerdo a la siguiente ecuación, 
conforme a la experimentación realizada: 
 
 
 
→ (2.6.) 
 
Lo que se observa en la experimentación es que inmediatamente que hay 
corriente eléctrica (110 volts) se degrada el filamento hasta llegar a su 
rompimiento de los soportes de cobre, por lo que no todo el filamento se llega a 
oxidar, es por ello que se obtienen pocos miligramos de este producto, aunque es 
una cantidad suficiente para realizar la caracterización. Al romperse el filamento se 
forma inmediatamente una nubecilla blanca, que es el óxido de tungsteno en fase 
gas. Como se ha dicho, este experimento se trabaja a altas temperaturas por lo 
que podemos llegar a la temperatura suficiente para degradar el filamento. Para 
obtener el polvo amarillo se dejó condensar dicho vapor durante 5 minutos 
aproximadamente, bajo una campana de extracción, ya que como sabemos el 
WO3 en fase gas es tóxico. 
Cinco de las muestras se obtuvieron las películas sobre metales diferentes, 
ya que se conoce que por diferentes métodos de síntesis las películas tienden a 
variar su morfología dependiendo del sustrato en el cual sean depositados, dichos 
sustratos fueron aluminio (Al), zinc (Zn), platino (Pt), tungsteno (W), y titanio (Ti). 
Esto con el fin de obtener más información en la caracterización de todas estas 
películas, tales como la morfología, composición, etc. Para estos experimentos se 
realizó el mismo procedimiento. 
CAPÍTULO II 
 
ESIQIE-IPN Página 39 
 
Para realizar este experimento fue necesario tomar algunas medidas de 
seguridad, como el uso de bata y lentes de seguridad, para la manipulación del 
dispositivo eléctrico fue necesario usar guantes de carnaza. Para manipular el 
producto y lavado de material