RELACIÓN DE NUEVOS MATERIALES (Tema 7, ejercicio 2)

¡Hola! No falta nada para que se termine el curso, y toca ir rematando todas las asignaturas para que el esfuerzo de todos estos meses se vea recompensado. En CMC, no haremos examen de los últimos dos temas, sino una entrada del blog para cada uno. Hoy voy a escribir un artículo sobre algunos de los nuevos materiales más representativos, y esta será mi actividad para el tema 7. Hablaré un poco sobre cada uno y sobre sus aplicaciones. ¡Empezamos!


FIBRA DE CARBONO

La fibra de carbono es un polímero no metálico entre tres y cinco veces más ligero y unas seis veces más resistente a la fatiga que el acero. Es un material compuesto, por lo que necesita otro material para 'complementarse' y obtener los resultados deseados, que no podría alcanzar por si solo. Al hacer cualquier pieza de fibra de carbono, se endurece gracias a la resina. Por ejemplo, en Fórmula 1, se suele utilizar resina de tipo epoxi, de la que hablaré más tarde. La fibra de carbono es el material resultante de un muy complejo sistema de producción y elaboración, por lo que su precio es muy alto. El carbono es un polímero parecido al grafito, y se obtiene mediante una reacción entre propano y amoniaco, que da lugar a acrilonitrilo. Este, tras la polimerización, se transforma en poliacrilonitrilo, y se procede entonces a su estiramiento para obtener el eje de la fibra. Se le somete a temperaturas de 300ºC, eliminando así el hidrógeno y agregando oxígeno a la molécula. En este proceso, el polímero adquiere su color negro.

Después de esto, necesita ser purificado por carbonización: se calienta a unos 2500ºC, expulsando así las impurezas hasta que contiene un 95-100% de carbono. Ahora, solo queda entrelazar las fibras en unas complejas máquinas tejedoras para conseguir el entrecruzado deseado y obtener un rollo de fibra de carbono, con aspecto similar al de una tela.

Una de sus aplicaciones más llamativas se encuentra en el mundo de la Fórmula 1. A comienzos de los años 80, John barnard, diseñador de McLaren, comenzó a estudiar y desarrollar el uso de la fibra de carbono en sus monoplazas. Previamente, había comprobado las deficiencias en sus construcciones de otros materiales livianos, como el aluminio. En 1981, el equipo McLaren presentó su primer monoplaza construido principalmente en fibra de carbono, el MP4/1, gracias al apoyo de una compañía estadounidense llamada Hercules Aerospace.

Su resistencia es casi 3 veces superior a la del acero, y su densidad es 4,5 veces menor.

Otras propiedades muy apreciables en la fibra de carbono son la resistencia a la corrosión, al fuego e inercia química y la conductividad eléctrica. Ante variaciones de temperatura conserva su forma.

También son famosas las bicicletas de fibra de carbono. A mediados de los ochenta, muchos de los mejores ciclistas del mundo comenzaron a utilizar bicicletas hechas con este material.

GRAFENO

Hace unos años, del grafito (ese que está dentro de los lápices que usamos todos los días) salió por casualidad una fina lámina, de un átomo de espesor, con ayuda de un trocito de cinta aislante. Es posible que Andre Geim y Kostya Novoselov estuvieran tan aburridos como para dedicarse a pegar cinta aislante a lápices, pero estoy segura de su aburrimiento terminó en ese momento. Como la ciencia no entiende de casualidades, pronto el material se estudió y se vieron sus propiedades, descubriendo todas las posibilidades que ofrece: ordenadores mucho más rápidos, paneles solares, sensores de todo tipo... Los descubridores de este material fino, resistente, flexible, transparente y semiconductor fueron galardonados con el Nobel en Física. ¡Como para aburrirse!

De momento, existen cuatro empresas que fabrican a nivel industrial este producto, y sus principales consumidores son asiáticos.

FIBRA ÓPTICA

Una fibra óptica se puede definir como una fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de refracción alto que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada.

La fibra óptica está compuesta filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos, el grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura a partir de una base de silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de ordenadores. Entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de fiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.

Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, como son: automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución, entre otros.

COLTÁN

El coltán es la abreviatura de la columbita-tantalita, una serie de minerales formados por columbita y tantalita de los que se extrae el tantalio o tántalo. El tantalio es un metal con un punto de fusión muy alto, buen conductor de la electricidad, muy duro y muy resistente a los ácidos. Por todo esto, se ha convertido en una materia prima básica para la fabricaión de condensadores de circuitos electrónicos, rectificadores de tensión, materiales quirúrjicos, de laboratorio, lentes de cámaras...

El gran problema que presenta hoy en día este material es su dificultad para reemplazarlo, ya que es muy compacto. Se podrían fabricar condensadores de aluminio que funcionarían exactamente igual, Pero ocuparían mucho más. Por eso, el tantalio es tan importante para casi todos los aparatos electrónicos, que cada vez son más pequeños: teléfonos móviles, cámaras digitales...

Pese a que el mayor productor de tantalio es Australia, las mayores reservas de coltán se encuentran en África. Se estima que allí se concentra el 80% de las reservas mundiales de coltán, y de esta cantidad, el 80% en el Congo. Esto constituye en gran medida el origen de los continuos conflictos que se viven en esta zona. Otros países con yacimientos de coltán son Canadá; Brasil; Etiopía, Ruanda y China.

SEMICONDUCTORES

Los semiconductores como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), son elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.

SUPERCONDUCTORES

Los conductores normales presentan pérdidas cuando circulan corrientes en su interior. Esto se debe a que la resistencia que poseen al paso de una corriente eléctrica transforma parte de la energía eléctrica en energía térmica. Sin embargo, algunos materiales se comportan de forma extraña a muy bajas temperaturas. Estos materiales, denominados superconductores, cuando son sometidos a una temperatura mayor que una cierta temperatura crítica (diferente para cada material) presentan alta resistencia, mucho mayor que la de un conductor normal y entonces decimos que el material se encuentra en su 'estado normal'. Por el contrario, por debajo de la temperatura crítica presentan un fenómeno en el cual la resistencia eléctrica disminuye rápidamente hasta llegar a cero, decimos entonces que el material se encuentra en su 'estado superconductor'. Otra de las propiedades que caracteriza a estos materiales es la expulsión de campo magnético en el estado de superconducción. Esta última es la propiedad esencial del estado superconductor, y se conoce comúnmente como el Efecto Meissner.

Entre sus aplicaciones podemos destacar los potentes electroimanes de las máquinas de resonancia magnética nuclear.

COMPOSITES

Los materiales compuestos o composites constan de dos partes, una matriz que proporciona un medio continuo y un material discreto que se integra en la matriz y sirve de refuerzo. Los materiales reforzantes pueden estar presentes en forma de fibras (fibra de vidrio, mallas metálicas...) o como partículas (grava, polvo cerámico...)
también existen los llamados composites 'sandwich', en los que dos capas de material duro protegen una capa interna, que suele ser más ligera y aportar propiedades estructurales.

Se utilizan en aplicaciones de alta tecnología: barcos de competición, coches de carreras, protecciones antibalas, aviones, satélites...

POLIESTIRENO

El poliestireno es un plástico que se obtiene mediante un proceso llamado polimerización, que consiste en la unión de muchas moléculas pequeñas para dar lugar a moléculas muy grandes. La sustancia obtenida es un polímero, y los compuestos sencillos por los que está formada se denominan monómeros.

El poliestireno fue obtenido por primera vez en Alemania por una industria llamada I.G. Faberindustrie, en el año 1930. Por debajo de los 100ºC es un sólido vítreo, y por encima de esta temperatura es modelable y se le pueden dar múltiples formas.

Se emplea para menaje, botellas, juguetes, electrodomésticos, embalaje y aislamiento.

PVC

El PVC o policloruro de vinilo es el producto de la polimerización del monómero conocido como cloruro de vinilo.

Se obtiene a partir de dos materias primas naturales: el cloruro de sodio o sal común (NaCl), 57%; y el petróleo o gas natural, 43%. Por tanto, es menos dependiente de recursos no renovables que otros plásticos. En su forma original se presenta como un polvo blanco, amorfo y opaco.

Con él se fabrican aislantes eléctricos, tuberías, persianas, tapicerías, impermeables, juguetes, bolsas, muebles...

POLIURETANO

El poliuretano es otro polímero, en este caso formado por el uretano. El uretano es un grupo químico comprendido dentro de un grupo específico de átomos que incluyen dos oxígenos, un nitrógeno, un carbono y un hidrógeno. Estos átomos se acomodan formando un patrón específico.
Se utiliza para fabricar espuma para cojines y colchones, y en su forma rígida para construcción y muebles. También se usa como fibra y para fabricar pinturas. El poliuretano más conocido es la Lycra.

RESINAS EPOXI

Las resinas epoxi son polímeros termoestables que se endurecen en presencia de una sustancia química. Se utilizan para pinturas, acabados, adhesivos, laminados, encapsulados... Una curiosidad: para los amantes de los 'bichos', gracias a la resina epoxi se pueden fabricar llaveros y otros objetos con un animalito disecado en el interior. Y si no os lo creéis, preguntádselo a Cándido, que tiene uno.

SILICIO

El silicio es el elemento con el que se fabrican los microchips de la mayor parte de los aparatos eléctricos que utilizamos. Su propiedad más característica es que es un material semiconductor.
Es la base de una amplia familia de polímeros, las siliconas, muy estables ante cambios de temperatura y resistentes a la humedad. Se usan como adhesivos, lubricantes e impermeabilizantes. También se usan en medicina, desde los implantes mamarios hasta el recubrimiento de marcapasos.

El desarrollo de las industrias que derivan del silicio como semiconductor ha hecho que sendos enclaves de California y Escocia, donde se han concentrado empresas de eléctronica, se designen con ese nombre, llamándose Silicon Valley y Silicon Flen respectivamente.

AEROGEL

El aerogel, también conocido como humo helado, es una sustancia de textura parecida al gel con el que nos duchamos (casi) todos los días. El componente líquido es sustituido por un gas, obteniendo como resultado un sólido de muy baja densidad y muy alta porosidad, con propiedades como la capacidad de aislar térmicamente.

Principalmente, se utiliza como aislante térmico en las ventanas de los edificios de oficinas, para evitar tanto la pérdida de calor como el aumento excesivo de este. También es usado en los parachoques de los automóviles, ya que amortigua los golpes en un 89% de su intensidad.

METAFLEX

El metaflex es un material creado por científicos de la Universidad de St Andrews, en Reino Unido, que se acerca un paso más a la fabricación de tejidos capaces de crear el efecto de invisibilidad de los objetos. Presenta propiedades electromágneticas inusuales, que prodecen de su estructura diseñada y no de su composición.

Consta de unas membranas flexibles creadas gracias al empleo de una nueva técnica, gracias a las cuales puede operar en longitudes de onda de unos 620 nanómetros dentro de la región de la luz visible. La unión de estas membranas podría producir una especie de 'tejido inteligente', y este sería el primer paso para fabricar una capa o cualquier otra prenda capaz de volver invisible a la persona que la porte. Andrea Di Falco, director de la investigación, concluyó que materiales como el metaflex 'nos dan el impulso último para poder manipular el comportamiento de la luz'.

SILICENO

El siliceno es un nuevo rival para el grafeno. Un grupo de fïsicos ha conseguido crear una lámina de silicio de espesor atómico, de manera parecida a las láminas de grafeno creadas con carbono, y que tendría muchas de sus propiedades.

El silicio se sitúa al lado del carbono en la tabla periódica y, aunque de forma natural no posea los enlaces necesarios para ello, los investigadores creen que el siliceno puede realizar las mismas funciones que el grafeno. Destacan su facilidad de integración en la industria electrónica, debido a que el uso del silicio está muy estudiado y extendido.

Y con esto está todo. Espero que os haya gustado y que hayáis aprendido un poquito más sobre los materiales que nos rodean, y también sobre los que nos rodearán próximamente. ¡Un saludo!