MATERIALES INTELIGENTES

Un material inteligente es aquel que posee una o más propiedades que pueden ser modificadas significativamente de manera controlada por un estímulo externo (tales como tensión mecánica,temperatura, humedad, pH o campos eléctricos o magnéticos) de manera reversible.

TIPOS

Hay varios tipos de materiales inteligentes, por ejemplo:

Materiales piezoeléctricos: Producen un voltaje cuando se les aplica tensión mecánica. Este afecto también se produce de manera inversa, produciendo una tensión mecánica cuando se le aplica tensión eléctrica.

Un polímero electroactivo es un polímero que cambia sus propiedades en respuesta a la presencia de un campo eléctrico.

Materiales con efecto térmico de memoria: Tienen la capacidad de cambiar su forma o deformarse de forma controlada al alcanzar cierta temperatura.

Materiales con efecto magnético de memoria y con magnetostricción: Tienen la capacidad de cambiar su forma o deformare en forma controlada en presencia de campos magnéticos. Los segundos además tienen la propiedad inversa de modificar su magnetización bajo la presencia de tensión mecánica.

Polímeros sensitivos al pH: Varían su tamaño en respuesta a cambios en el pH del medio que los rodea.

Halocromía: La capacidad de variar su color como resultado del cambio de acidez (por lo tanto de pH).

CLASIFICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO

Atendiendo al comportamiento que poseen ante un estímulo externo (físico o químico), podríamos clasificar los materiales inteligentes en:

a) Materiales electroactivos y magnetoactivos.

b) Materiales fotoactivos o fotolumiscentes.

c) Materiales cromoactivos

d) Materiales con memoria de forma.

 

A continuación describimos brevemente cada uno de ellos.

A) MATERIALES ELECTRO Y MAGNETOACTIVOS

Son aquellos que actúan, responden o reaccionan ante cambios eléctricos o magnéticos. Normalmente se utilizan en sensores.

 

B) MATERIALES FOTOLUMINISCENTES O FOTOACTIVOS

Los materiales fotoactivos o fotoluminiscentes son aquellos capaces de responder de una manera diferenciada a ser expuestos a la luz (solar o artificial).

Los materiales fotoluminiscentes, los podemos desglosar en: Fluorescentes, fosforescentes y electroluminiscentes.

Fluorescentes: son aquellos materiales que poseen la propiedad de emitir luz cuando son expuestos a radiaciones del tipo ultravioleta, rayos catódicos o rayos X. Las radiaciones absorbidas (invisibles al ojo humano), son transformadas en luz visible, o sea, de una longitud de onda mayor a la incidente. Su efecto cesa tan pronto como desaparece la fuente de excitación.

Fosforescentes: son aquellos materiales capaces de emitir luz después de haber sido excitados mediante luz (natural o artificial). Su emisión de luz continúa después de que la fuentes de excitación ha sido cesada. Esto último es lo que los diferencia de los fluorescentes.

Electroluminiscentes: son los materiales que al ser estimulados mediante electricidad responden produciendo luces de diferentes colores. Su emisión de luz no conlleva producción de calor.

 

C) MATERIALES CROMOACTIVOS

Los materiales capaces de responder con un cambio de color ante un estímulo externo (presión, radiación UV, rayos X, temperatura,..etc) se denominan Cromoactivos.

 Se pueden clasificar en: fotocrómicos, termocrómicos y electrocrómicos

Fotocrómicos:  son aquellos materiales que cuando incide sobre ellos la luz solar, o luz con elevado componente UV, cambian de forma reversible su color. El color desaparece cuando cesa la excitación. Estos materiales no se ven en la oscuridad. Sus aplicaciones fundamentales es en temas de seguridad (tinta invisible, detección de documentos), en temas publicitarios (carteles, camisetas, zapatos, cordones, bolsos, folletos...etc) y en óptica (lentes).

Termocrómicos: son materiales que cambian reversiblemente de color con la temperatura. Permiten seleccionar el color y el rango de temperaturas, con lo que permiten un rango muy amplio de aplicaciones. Normalmente son de naturaleza semiconductora. Su aplicaciones fundamentales es señalización (etiquetado/control temperatura-cadena frío-), seguridad (tuberías y conducciones, elementos peligrosos, etc...), artículos del hogar (envases microondas, sartenes, placas calefactoras, vasos-jarras, ..etc) y juguetería.

Electrocrómicos: son los materiales que al aplicarles una diferencia de potencial, cambia su espectro de absorción y, generalmente, su color.

 

D)  MATERIALES CON MEMORIA DE FORMA

Son materiales que una vez han sido deformados son capaces de volver a sus forma primaria.

Se pueden clasificar según el tipo de fuerza aplicada al material: campos térmicos o magnéticos

Las aleaciones de NITINOL (níquel-titanio), son las más conocidas, y responden ante campos térmicos. Se utilizan en ortodoncia (alambres dentales), medicina, robótica, válvulas, ...etc.

NANOMATERIALES

La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación, y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a NANO ESCALA, y la palicacion de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de atomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas

Son materiales a nanoescala. Materiales con características estructurales de una dimensión entre 1-100 nanometros

Los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanoparticulas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque de los nanomateriales es una aproximación desde abajo hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma que la construcción de bloques de matereiales son diseñados y ensamblados de forma controlada

CARACTERISTICAS DE LOS NANOMATERIALES

Se a desarrollado una clasificación de los nanomateriales actuales. Esta fue realizada por la agencia del medioambiente en los estados unidos

La misma consta de cuatro tipos:

BASADOS EN CARBONO

Son los que están conformado con un gran porcentaje de carbono, y donde suelen adoptar formas como esferas huecas, elipsoides o tubos

BASADOS EN MATEL

Son aquellos nanomateriales que incluyen puntos cuánticos, nanoparticulas de oro y plata, y oxidos metálicos como el dióxido de titanio

DENDIMETROS

Estos nanomateriales tienen la característica de ser polímeros construidos a partir de unidades ramificadas

COMPUESTOS

Este tipo de nanomateriales, tienen la capacidad de combinar nanoparticulas con otras similares o con materiales de mayor tamaño

LOS CINCO NANOMATERIALES QUE PUEDEN CAMBIAR EL MUNDO

Resulta paradójico que las soluciones de futuro para el mundo, en lo que se refiere a la

producción de los nuevos materiales que servirán de base a las infraestructuras

tecnológicas que regirán la vida de las generaciones venideras, no sean visibles para el

ojo humano. Los materiales llamados a recoger el testigo de viejos conocidos como

el silicio, el semiconductor sin el que no se podría entender la informática, se encuentran

en escalas nanométricas, precisamente porque una propiedad general de los materiales

es que cuando se llega a la nanoescala aparecen nuevas propiedades, generalmente

sorprendentes.

Por eso, desde hace décadas, cada vez que se descubre un nuevo material en los

laboratorios, estalla un entusiasmo generalizado, primero en la comunidad científica,

después en los medios de comunicación y finalmente en la sociedad. Los investigadores

no mienten cuando describen sus propiedades y posibles aplicaciones, generalmente

revolucionarias, pero desde la ciencia básica al mundo real hay un largo trecho donde

muchos mitos se diluyen y también se producen sorpresas. Un material destinado a usos

electrónicos, puede terminar siendo clave en el campo de la  mecánica.

Lo que a estas alturas queda fuera de toda duda es que el carbono se ha convertido en

el padre absoluto de los mejores nanomateriales. Su versatilidad a la hora de combinarse

en diversas geometrías, con múltiples organizaciones de sus átomos, ha generado una

familia numerosa de nuevos materiales que podrán cambiar, tarde o temprano, el mundo. 

1. PUNTOS CUÁNTICOS: EL SOL EN LA TIERRA

Se trata de un nanomaterial cerodimensional con forma esférica. Se descubrieron a

finales de los 80, pero están cobrando importancia en la actualidad porque se han

encontrado formas sencillas para su fabricación, mediante procesos de disolución. Una de

sus principales propiedades es que es capaz de absorber todos los colores del espectro

electromágnetico de la luz solar. El astro suma los siete colores del arcoiris, además de

proyectar haces infrarrojos e ultravioleta. 

En ese sentido, se esperan importantes aplicaciones en el campo de la iluminación, de

tal manera que los distintos nuevos tipos de focos y bombillas que utilice el ser humano

imiten, de algún modo, al sol, aprovechando que, gracias a los puntos cuánticos, puede

jugarse con el espectro lumínico. No obstante, su aplicación estrella es la fabricación de

células solares mucho más eficientes y baratas, teniendo en cuenta que con las

actuales, de silicio, solamente se absorbe uno de los componentes del espectro solar,

desperdiciando el resto. De momento, aún se está trabajando en esa dirección en los

laboratorios y no se ha desarrollado una producción comercial de este tipo de células.

2. NANOTUBOS DE CARBONO: EL FUTURO DE LA CONSTRUCCIÓN

A diferencia del anterior, se trata de un nanomaterial -derivado del carbono-

monodimensional. Desde los años 70, se había posicionado como un nuevo material con

muchas posibilidades en el campo de la electrónica, pero a día de hoy son

sus excelentes propiedades mecánicas las que están dando origen a aplicaciones

reales. 

Es cien veces más fuerte que el acero y entre seis y diez veces más ligero. Además, es

elástico. Por eso se utiliza ya en la fabricación de determinadosproductos de uso

cotidiano, por ejemplo artículos deportivos como pueden ser bicicletas o raquetas. No es

necesario que el artículo esté íntegramente fabricado a base de nanotubos de carbono,

sino que basta con añadir una serie de trazas para que el producto resultante sea más

ligero y resistente. En el campo de la construcción a gran escala, todavía no ha llegado

al mercado, pero es de esperar que las estructuras del futuro incorporen el material para

aprovechar sus propiedades.

3. GRAFENO: LA ESPERANZA DE LA ELECTRÓNICA

En su caso, el material de moda por excelencia, es de tipo bidimensional. En esencia, es

como una lámina de papel, transparente y con el espesor de una única capa atómica, por

eso se trata de un material ultraligero. Lo que se espera del grafeno desde su

descubrimiento es el aprovechamiento de sus propiedades en el campo de la electrónica,

donde está llamado a cambiar las reglas de la computación, permitiendo la construcción

de ordenadores más rápidos.

Los medios de comunicación han convertido el nanomaterial, también derivado del

carbono, en una estrella mediática, haciéndose eco de prácticamente cada una de las

nuevas aplicaciones que se descubren en los laboratorios del mundo. Tras el entusiasmo

inicial, se ha generado una corriente de escepticismo, fruto de la impaciencia ante la falta

de resultados reales y, sobre todo, de la saturación informativa. En la actualidad, el

principal reto al que se enfrenta el grafeno, como la mayoría de nuevos materiales, es su

producción a gran escala a bajo coste, algo que ya se está empezando a hacer en

España.

4. NANOCELULOSA: LA ALTERNATIVA ECOLÓGICA

Es una de las opciones más exóticas y originales entre los nuevos materiales, sobre todo

porque su origen está en la madera. Es resistente y, además, igual que el grafeno, posee

muchas propiedades electrónicas. Se obtiene a partir de la compresión de fibras

vegetales o a través de cultivos naturales donde distintos tipos de bacterias lo producen

de forma autónoma, aunque hasta ahora con altos costes y dificultades para generar

grandes cantidades de nanocelulosa.

La última novedad, introducida por los científicos de la Universidad de Texas, con el

investigador Malcolm Brown a la cabeza, es la posibilidad de utilizar un determinado tipo

de alga para producir el material de forma natural, sin necesidad de nutrientes. Sólo se

necesitaría luz solar y agua, algo que significaría una auténtica revolución, no sólo por lo

ecológico del proceso sino también por la reducción radical de los costes.

5. FLUORENO: UN MITO ECLIPSADO

Como los puntos cuánticos, es un nanomaterial cerodimensional y forma esférica, en este

caso obtenido a partir del carbono. Geométricamente, es una especie de balón que en

sus vértices tiene átomos de carbono y en sus aristas enlaces químicos. Se descubrió

antes que los nanotubos de carbono y el grafeno, y sus descubridores, como ha ocurrido

con el nuevo material de moda, también fueron merecedores del Premio Nobel.

En su momento, parecía que iba a cambiar el mundo, pero el tiempo ha devuelto a sus

defensores a posiciones más realistas. Su aplicación más relevante, hoy por hoy, es su

utilización en el campo de las células solares. El fluoreno ha permitido crear plásticos

conductores de electricidad, hito que ha permitido la creación de células solares

orgánicas, a base de carbono, y también flexibles. A día de hoy, muchos investigadores

siguen trabajando con el fluoreno a nivel de ciencia básica. Sin duda, sus hermanos

pequeños, los nanotubos de carbono y el grafeno, le han eclipsado.