Los objetos que nos rodean
intentan hacernos la vida lo más sencilla posible, pero de la mayoría de ellos
no sabemos cuáles son los materiales que lo componen. Al igual que
evolucionamos en todos los aspectos, intentamos sacar el máximo provecho de los
materiales que nos rodean para hacernos la vida más agradable.
FIBRA DE CARBONO
Se llaman materiales híbridos a
aquellos compuestos formados por materiales de distinta naturaleza, por
ejemplo, orgánica e inorgánica. Las propiedades que presentan son superiores a
las de sus componentes por separados. Suelen estar compuestos por un material
base, llamado matriz, al que se añaden algunos tipos de fibras; la matriz
proporciona estabilidad a las fibras, dando solidez al conjunto y las fibras
aportan una mayor flexibilidad.
Ejemplo de este tipo de
materiales es la fibra de carbono
La fibra de carbono (hidrocarbono)
es un material formado por fibras de 50 micras (10-6 m) de diámetro,
compuesto principalmente de átomos de carbono.
Se combina un tejido de hilos de
carbono (refuerzo), el cual aporta flexibilidad y resistencia, En el caso de
las fibras de carbono la matriz suele ser una resina termoestable (comúnmente
de tipo epoxi, que se solidifica gracias a un agente endurecedor y actúa
uniendo las fibras, protegiéndolas y transfiriendo la carga por todo el
material-
Las propiedades de las fibras de
carbono son una alta flexibilidad, alta resistencia, bajo
peso, tolerancia a altas temperaturas y baja expansión térmica.
Aplicaciones
Son muy populares en la industria aeroespacial,
ingeniería civil, aplicaciones militares, deportes de motor junto con muchos
otros deportes (cuadros de bicicletas,cañas de pescar..)
.
Sin embargo, son relativamente
caros en comparación con fibras
similares, tales como fibras de vidrio o fibras de plástico, por lo que su uso
está limitado más bien en coches de alta gama por ejemplo.
GRAFENO
El grafeno es una de las formas
alotrópicas ( propiedad de algunos elementos químicos de
poseer estructuras químicas diferentes). del carbono
El grafeno es un nuevo material
nanométrico (del orden de 10-9 metros )bidimensional
obtenido a partir del grafito en 2004 por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov; es una
hojuela casi plana con pequeñas ondulaciones, dando la apariencia de un panal
de abejas, con un grosor de un átomo de carbono (0,1nm)
La importancia que ha adquirido
en los últimos años el grafeno se debe a un trabajo que realizaron dos
investigadores :uno holandés y otro
ruso-británico que les valió el premio nobel de física (2010) por sus trabajos
con este material: los electrones pueden viajar con mucha libertad a lo largo
de todo el enrejado, a semejanza de lo que ocurre con los metales,
convirtiéndolo en un excelente conductor eléctrico y además desde el punto de
vista químico todo el enrejado se comporta como una única molécula, una
macro-molécula o super-molécula.
Aplicaciones
Tanto en electrónica como en la
construcción de transistores de grandes frecuencias permitirían aumentar la velocidad de los
procesadores.
Informática :ordenadores mucho
más rápidos y con un menor consumo eléctrico que los actuales de silicio.
IBM hace historia y decide dar un
paso hacia el futuro con la fabricación del primer chips de grafeno .
Telefonia móvil: se podrían crear dispositivos adaptados a la fisionomía del
ser humano, sin formas ni colores preestablecidos, con pantallas flexibles,
plegables y táctiles. Además, diversos estudios recientes han comprobado cómo
nanocircuitos de grafeno podrían mejorar de manera significativa la velocidad y
calidad de las comunicaciones inalámbricas.
Sector energético :baterías de
larga duración.
Sector médico: Recientes
investigaciones determinan que podría
emplearse para mejorar los tratamientos contra el cáncer. El tratamiento de
esta enfermedad tiene como objetivo, la
destrucción de las células enfermas intentando afectar lo menos posible a las
células sanas ;diversos estudios han puesto de manifiesto que combinando este
material con diversos fármacos es posible aumentar la carga de medicación que
llega a las células cancerígenas, incrementando las posibilidades de éxito del
tratamiento.
SILICENO
El siliceno cuenta con una
estructura sólida, obtenida a partir de átomos de silicio, posee una estructura
muy parecida a la de un panel de abeja, característica también del grafeno. debido a la inclusión de una capa extra de plata o
cerámica
.
El futuro prometedor del siliceno se basa en sus
características: por un lado tenemos una estructura
muy similar a la del grafeno, lo
que permitiría crear pantallas táctiles ultrafinas y flexibles. Y por otro lado el siliceno tiene unas propiedades muy interesantes
que permiten, gracias a su estructura de bandas electrónicas, mover electrones
a una velocidad increíble en comparación a los materiales tradicionales
Los
experimentos que se han realizado hasta ahora han demostrado que el siliceno tendrá las
características únicas del grafeno y además una compatibilidad total con los
componentes semiconductores actuales. El principal problema es que, aunque
ya han conseguido crearlo, no hay actualmente un proceso industrial para
poderlo fabricar de forma masiva y rentable,cuando se consiga seguro que
sustituirá al grafeno
FIBRA ÓPTICA
Es la manera de utilizar la luz para poder enviar información,
generalmente asociada a un rayo laser. La fibra óptica ha hecho posible que
podamos enviar enormes cantidades de información usando fibras más delgadas que
un cabello humano.
Son fibras constituidas por un núcleo central
de vidrio muy transparente, dotado con pequeñas cantidades de óxidos de
germanio o de fósforo, rodeado por una fina capa de vidrio con propiedades
ópticas ligeramente diferentes. Atrapan la luz que entra en ellas y la
transmiten casi íntegramente
Aplicaciones
Ya que la fibra óptica transmite
luz, todas las aplicaciones que se basan en la luminosidad (bien sea por falta
de esta, por difícil acceso, con fines decorativos o búsqueda de precisión)
tiene cabida este campo.
En telecomunicaciones, permiten enviar gran
cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de
radio o cable. Son el medio de transmisión por excelencia al no ser afectadas
por las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes
locales y donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre
otros medios de transmisión.
En medicina se emplea como ayuda
en las técnicas endoscópicas clásicas
En la señalización en las
carreteras, aumentando considerablemente la visión de éstas a los conductores
nocturnos.
COLTAN
Está formado por dos minerales,
la columbita y la tantalita, de los que se extraen el tántalio y el niobio. El
coltán es la abreviatura de estos dos
minerales.
Se da de forma rara y escasa en
la naturaleza. La explotación de este
material gris, se produce fundamentalmente en la República Democrática
del Congo, (en explotaciones bastante precarias) y es un recurso estratégico,
imprescindible para el desarrollo de las nuevas tecnologías.
Propiedades
El tantalio es un metal que se
caracteriza por tener un punto de fusión muy alto, ser un buen conductor de
electricidad, muy duro y muy resistente a los ácidos.
Aplicaciones
Debido a su densidad es muy
deseable para fines militares, porque permite penetrar los blindajes
Teléfonos móviles, GPS, satélites
artificiales, armas teledirigidas, televisores de plasma, videoconsolas,
ordenadores portátiles, PDAs, MP3, MP4, cohetes espaciales, misiles, juguetes
electrónicos, cámaras de fotos y como anécdota, decir que, en su día, la
compañía japonesa Sony tuvo que aplazar el lanzamiento de su Playstation 2 por
no contar con coltan.
SEMICONDUCTORES
Son elementos que se comportan
como aislantes o conductores de la corriente eléctrica dependiendo de factores
como la temperatura, la tensión mecánica o el grado de iluminación que se le
aplique. El semiconductor más importante
es el silicio, le sigue el germanio y después se ha empezado a usar el azufre.
Con ellos se fabrican los
circuitos integrados (micochips) de la mayor parte de los aparatos electrónicos
y circuitos de puertas lógicas.
SILICIO
El silicio es uno de los
materiales más abundantes en la naturaleza, lo encontramos en la arena, la cual
desde fue usada desde la antigüedad
para hacer vidrio y cerámicas entre otros La moderna industria lo usa hoy por
sus propiedades semiconductoras por lo que es muy apreciado en electrónica y
como base para hacer microprocesadores
El silicio forma parte de los
elementos denominados metaloides o semimetales. Este tipo de elementos tienen
propiedades intermedias entre metales y no metales
Aplicaciones
Se utiliza en aleaciones, en la
preparación de siliconas, en la industria de la cerámica técnica y, debido a
que es un material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la
industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación
de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una
gran variedad de circuitos electrónicos.
Otros importantes usos del
silicio son:
En láseres para obtener una luz con una longitud de onda de 456 no.
La
silicona (polímero hecho principalmente con silicio) se usa en medicina en implantes
de seno y lentes de contacto.
SUPERCONDUCTORES
Sabemos que hay materiales que se
llaman conductores eléctricos porque cuando se ponen en contacto con un cuerpo
cargado de electricidad transmiten esta electricidad a todos los puntos de su
superficie. Son elementos, aleaciones o compuestos que tienen electrones libres
que permiten que las cargas se muevan. Este es el caso del cobre, material
utilizado en la fabricación de cables.
Los materiales conductores
presentan una resistencia al paso de la corriente eléctrica, sufren pérdidas de
energía que se transforman en calor, calentando el conductor.
A comienzos del siglo XX el
doctor H.K. Onnes, Nobel de Física en 1913, investigaba las propiedades de la
materia a muy baja temperatura. Esto le condujo a la producción de helio
líquido que a su vez le llevó a descubrir la superconductividad en el mercurio,
al enfriarlo a la temperatura del helio líquido (-269 ºC aproximadamente).
Ciertos materiales se comportan
como conductores perfectos cuando están a temperaturas muy bajas, próximas a 0
ºK (-273,15 ºC ),
es decir, no presentan resistencia al paso de la corriente eléctrica y por
tanto no tienen pérdidas de energía, y además repelen los campos magnéticos Son
los llamados superconductores.
El problema de estos materiales
es que para que se comporten como superconductores se necesitan temperaturas
muy bajas, difíciles de conseguir. En 1986, J. C. Bednorz y K.A. Müller descubrieron
en un laboratorio de investigación de la compañía IBM los materiales superconductores
cerámicos, que necesitan temperaturas de 134 Kelvin, lo que hace posible su uso
en la vida diaria del ser humano. Estos dos físicos recibieron el premio Nobel
en 1987 por sus descubrimientos.
Aplicaciones
• Generación de campos magnéticos intensos,
como los utilizados en la fabricación de trenes que levitan, equipos de
resonancia magnética en medicina, etc.
• Fabricación de cables de conducción de
energía eléctrica, que hacen que sea posible transmitir esta energía desde los
centros de producción, reactores nucleares, presas, etcétera hasta los centros
de consumo sin pérdidas de ningún tipo en el trayecto.
• Electrónica: fabricación de ordenadores
extremadamente veloces.
COMPOSITES
Forma parte de los materiales compuestos
,que están formados por dos fases: una
continua denominada matriz y otra dispersa denominada refuerzo. El refuerzo
proporciona las propiedades mecánicas al material compuesto y la matriz la
resistencia térmica y ambiental. Matriz y refuerzo se encuentran separadas por
la interfase. El resultado es una nueva
sustancia con nuevas propiedades
Los materiales compuestos se
clasifican según el tipo de material que se emplee como matriz que puede ser cerámico ,metálico o
polimérico .
El composite más antiguo que
conocemos es el adobe, formado por arcilla y aún hoy se sigue
utilizando en la construcción de viviendas.
Aplicaciones:
En la industria automovilística , para reducir
el peso sin restar seguridad y robustez , en
aeronáutica, fabricación de prótesis, artículos de campismo, tablas de snowboard, chalecos antibalas.
POLIMEROS: POLIESTIRENO(PS),CLORURO
DE POLIVINILO(PVC),POLIURETANO (PUR) y RESINA EPOXI
Los polímeros se producen por la
unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros Dentro de
los polimeros tenemos los plásticos que, bajo condiciones apropiadas de presión
y temperatura, pueden ser modelados.
En nuestro vida actual hay mucha
variedad de plásticos, además se han hecho insustituibles y la mayoría son
reciclables.
Hablaremos ahora de unos
plásticos de origen sintético, que se
ablandan con el calor, pudiéndose
moldear con nuevas formas que se conservan al enfriarse , los llamados termoplásticos:
el poliestireno (PS) y el cloruro de polivinilo (PVC) y como plásticos
termoestable el poliuretano (PUR)y la
resina epoxi, que bajo la acción del
calor se endurece, formando estructuras altamente consistentes, y no
reversibles .
En los objetos plásticos suelen
venir un símbolo que nos permiten identificar el tipo de plástico con el que ha sido fabricado :
POLIESTIRENO
Es el producto de la
polimerización del monómero del estireno
Hermann Staudinger fue el primero
en sintetizar deliberadamente poliestireno en su laboratorio y en explicar el
fenómeno mediante la "teoría de la polimerización" (1920).
Las ventajas principales del
poliestireno son su facilidad de uso y su coste relativamente bajo. Sus
principales desventajas son su baja resistencia a la alta temperatura (se
deforma a menos de 100ºC ,
excepto en el caso del poliestireno sindiotáctico) y su escasa resistencia mecánica.
Aplicaciones:
Poliestireno choque: carcasas de
televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos…
Poliestireno cristal: cajas de
CD, perchas, cajas para huevos, espumas rígidas, bandejas de carne .
Poliestireno expandido: se utiliza
como aislante térmico y acústico y es ampliamente conocido bajo diversas marcas
comerciales (Poliexpan, Telgopor, Emmedue, etc.).
CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
Es el producto de la polimerización del
monómero cloruro de vinilo. Sus materias primas provienen del petróleo (en un
43%) y de la sal común, recurso inagotable (en un 57%)
Tiene una muy buena resistencia
eléctrica y a la llama, se caracteriza por ser dúctil (puede deformarse sin
romperse) y .presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental .
Es incoloro pero fácil de colorear
Existen dos tipos de cloruro de
polivinilo, el flexible y el rígido.
Aplicaciones
Rígido: para envases, ventanas,
tuberías, las cuales han reemplazado en gran medida al hierro (que se oxida más
fácilmente).
Flexible: cables, juguetes,
calzados, pavimentos, recubrimientos, techos, manteles, cortinas para baño,
muebles, alambres , tapicería de automóviles…
POLIURETANO
Al ser un plastico termoestable no se funde con el
calor y se incendia
Puede ser flexible o rigido
dependiendo de la formula
Se puede fabricar de distintas
durezas y colores
Los poliuretanos son resinas que
van desde las formas duras y aptas para recubrimientos resistentes a los
disolventes hasta cauchos sintéticos resistentes a la abrasión, espumas
flexibles y fibras de gran elasticidad (lycra).
Aplicaciones
Fabricación de colchones paneles
para frigoríficos
Impermeabilización de techos. Suelas de zapatos, botas para
hielo.Recubrimientos de cables y mangueras.En medicina se emplea en arterias
artificiales y válvulas para el corazón
RESINA EPOXI
Es un polímero que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o «endurecedor»
a los que se puede añadir agentes modificadores
( diluyente ,flexibililizadores..)para modificar alguna propiedad física o química o
abaratarlo.
Aplicaciones
En pinturas, acabados, adhesivos,
sistemas eléctricos y electrónicos, consumo, aplicaciones náuticas, industria y
arte.
AEROGEL
También llamado humo helado o humo azul, es una sustancia similar al gel en la cual el componente líquido es cambiado por un gas que ocupa entre el 90% y el 99,8% del compuesto.. Se prepara con diferentes materiales; silicio líquido, óxido de aluminio, carbono, etcétera.
También llamado humo helado o humo azul, es una sustancia similar al gel en la cual el componente líquido es cambiado por un gas que ocupa entre el 90% y el 99,8% del compuesto.. Se prepara con diferentes materiales; silicio líquido, óxido de aluminio, carbono, etcétera.
Propiedades:
Muy baja densidad
Es capaz de soportar mil veces su propio peso
Ultra aislante: Gracias a su porosidad adquiere caratecterísticas
que lo hacen resitir a muy bajas y altas temperaturas, también es capaz de
proteger 39 veces más que la mejor fibra de vidrio(aislante)
Aplicaciones:
Uno de sus principales usos es como aislante térmico.
Uno de sus principales usos es como aislante térmico.
En medicina se está utilizando para la
regeneración del hueso .
METAFLEX
En la Universidad de Saint
Andrews han desarrollado un material, el Metaflex, que es un meta-material, es decir, un material
artificial que presenta propiedades electromagnéticas inusuales, propiedades
que proceden de la estructura diseñada y no de su composición. Los
meta-materiales nos permiten manipular el comportamiento de la luz. En vez de
reflejar la luz como los materiales comunes y corrientes, el Metaflex, la
curva, de manera que los rayos luminosos lo rodean, recuperan su trayectoria y
siguen su camino.
Refracción en un metamaterial con refracción negativa. La flecha entrecortada ilustra como se refractaría si el mismo índice fuera positivo.
Refracción en un metamaterial con refracción negativa. La flecha entrecortada ilustra como se refractaría si el mismo índice fuera positivo.
índice de refracción negativo. Las ondas electromagnéticas sufren refracción cuando pasan de un medio a otro (ocurre al introducir un tenedor en un recipiente de agua). La mayoría de los materiales tienen un índice de refracción positivo. Para entender cual es la influencia de este cambio de signo podemos pensar lo que ocurriría con el tenedor al sumergirlo en un recipiente que contuviese un metamaterial. En esa situación, se doblaría hacia la superficie y no hacia en fondo, como sucede habitualmente.
Aplicaciones
Se podría fabricar un
"tejido inteligente", que sería el primer paso para crear una capa o
cualquier otra prenda para "hacer desaparecer" a la persona que la
lleve. Los meta-materiales, pues, nos dan el impulso último para poder
manipular el comportamiento de la luz.
Estos son algunos de los nuevos materiales que existen en la actualidad pero dentro de unos años ¿qué nos quedará por ver?
Estos son algunos de los nuevos materiales que existen en la actualidad pero dentro de unos años ¿qué nos quedará por ver?
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