7. Materiales compuestos. Materiales de última generación
Importante
Materiales de última generación
La ciencia del conocimiento de los materiales está en continuo desarrollo y día a día registra nuevos avances y descubrimientos en el campo de las propiedades químicas, ópticas, magnéticas,...
Dentro de los materiales que tenemos más próximos podemos mencionar:
 Imagen en Flickr de TomStarDust bajo CC
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- Cristales líquidos: son utilizados en las pantallas de los televisores y de los ordenadores, están formados por finos cristales de materiales conductores transparentes que dejan pasar la luz (óxido de estaño dopado con indio).
- Biomateriales: Muy utilizados en el campo de la implantación de prótesis, o de piel artificial.
El objetivo es crear un biomaterial poroso que permita la interconectividad de tubos capilares, nervios y vasos sanguíneos, que actúe como órganos artificiales, durables, menos pesados y de bajo costo que no provoquen rechazo entre los receptores.
Para su producción se utilizan ciertos polímeros sintéticos, o materiales metálicos a base de titanio y cobalto, o determinados compuestos cerámicos y vítreos.
- Materiales fosforescentes: Se utilizan para recubrir las paredes interiores de ciertos monitores o pantallas. Cuando estos son atravesados por radiaciones de una determinada longitud de onda no visible por el ojo humano, estas radiaciones provocan una modificación en los materiales y las convierten en visibles iluminándose cromáticamente, para lo que se emplea, óxido de itrio (Y2O3), silicato de zinc (Zn2SiO4).
Así mismo se está desarrollando un nuevo campo, el de los nanomateriales de escala microscópica. Es este un campo nuevo y en general se está investigando y experimentando con materiales híbridos compuestos por elementos orgánicos, biológicos, inorgánicos,…. Entre ellos:
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- Materiales orgánicos: que son producidos con virus, que no afectan a los seres humanos, y son empleados para fabricar microprocesadores más rápidos.
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- Materiales inteligentes: que son capaces de copiar el comportamiento del organismo humano y sean capaces de reparar posibles averías.
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- Materiales híbridos, (optoelectrónica): el objetivo de estas técnicas es reunir el campo de la óptica, la electrónica y la ciencia de materiales para desarrollar nuevos productos similares a los empleados en electrónica, pero que en vez de emplear electrones como portadores de la señal, emplean fotones. Con ello se consigue un consumo y volúmenes incomparablemente menores, así como unas velocidades de respuesta ultrarrápidas. Se está desarrollando un producto llamado PMO (periodic mesoporous organosilica) a base de metileno (orgánico) y silicio (inorgánico).
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- Materiales superconductores: empleados en la fabricación de imanes permanentes, permiten la utilización de campos magnéticos muy potentes y estables, que prácticamente no presentan consumo energético, en la actualidad se están desarrollando nuevos superconductores a base de nioburo de estaño y de aleaciones con titanio y niobio.
- Geles: Materiales que responden a estímulos como los cambios de temperatura o de acidez.
Importante
Influenciados por la demanda de materiales con propiedades diferentes, como mayor ligereza, resistencia, conductividad,… se han realizado una serie de investigaciones que han dado lugar a la aparición de nuevos materiales con propiedades antes inimaginables, de entre los que podemos destacar:
- Fibra de carbono.
- Nanotubos.
- Aerogel.
- Grafeno.
FIBRA DE CARBONO
El carbono es un material que, según su estructura cristalina, es capaz de tomar la forma del grafito o del diamante, también puede convertirse en un material con cualidades únicas que puede reemplazar a gran escala a los materiales convencionales. Así las fibras de carbono muy pequeñas, sumergidas en un polímero de soporte (normalmente resina) resultan un material muy liviano y sumamente resistente. Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de carbono. Un filamento es un fino tubo con un diámetro de 5-8 micrómetros.
Tiene propiedades mecánicas similares al acero, pero es mucho más liviana:
- Alta resistencia mecánica y gran flexibilidad.
- Baja densidad, es un material mucho más resistente y liviano que numerosos metales.
- Buen aislante térmico.
- Resistente a numerosos agentes corrosivos.
- Resistente a las variaciones de temperatura y con propiedades ignífugas.
- Elevado precio de producción.
Entre sus aplicaciones podemos destacar su uso en la industria aeronáutica y automovilística, barcos y en bicicletas, donde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería.
NANOTUBOS
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Son estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre.También presentan una gran elasticidad.
AEROGEL
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Se puede fabricar a partir diferentes materiales, tales como, sílice, circonio, o carbono, entre otros. Está compuesto por entre un 90 % y un 99,8 % de aire, es mil veces menos denso que el vidrio y unas tres veces más denso que el aire, solo unos 3 miligramos por centímetro cúbico.
Tiene al tacto una consistencia similar a la espuma de poliestireno.
Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan liviano como el aire y al mismo tiempo muy resistente, puede soportar más de 1000 veces su propio peso, así como su sorprendente capacidad como aislante térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para diversas aplicaciones.
GRAFENO
 Imagen en Wikimedia Commons de AlexanderAIUS bajo CC |
Tiene una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja. Presenta excelentes propiedades, como:
- Alta conductividad térmica y eléctrica.
- Alta elasticidad y dureza.
- Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
- Capacidad de reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
- Soporta la radiación ionizante.
- Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
- Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones.
- Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
Entre sus aplicaciones podemos destacar su uso en pantallas táctiles, flexibles, planas y transparentes, móviles, células fotovoltaicas, sensores, fibra óptica, transistores...