NUEVAS NECESIDADESNUEVOS MATERIALES

La llamada Ciencias de los materiales, es una rama del conocimiento relativamente reciente. Sus equipos de investigación son multidisciplinares (ingenieros, físicos, químicos, informáticos e incluso biólogos y médicos) y sus elementos de trabajo son los elementos de la tabla periódica

NUEVAS NECESIDADES

Los campos en los que más se han creado nuevas necesidades que han hecho necesario el diseño de materiales nuevos han sido:

• Aeronáutica• Medicina• Electrónica• Construcciones• Material deportivo• Medioambiente

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Semiconductores

Su principal componente es hierroLas aleaciones férricas se obtienen por la mezcla de un metal que contiene hierro con otro o con algún no metal.

FUNDICIONESSon aleaciones de hierro y un porcentaje mayor que el 1,76% HASTA 6.77% de carbonoestas aleaciones al ser quebradizas y no poderse forjar se moldean.

ACEROEs una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 1,76% en peso, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. admiten forja .Se le pueden añadir otros materiales (manganeso, níquel, titanio, etc)

METALESALEACIONES FÉRRICAS

ACERO INOXIDABLEAleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.[1] es resistente a la corrosión

¿PARA QUÉ SE PUEDEN UTILIZAR LOS DIFERENTES TIPOS DE ACEROS ?

ACERO LAMINADO Se utiliza para la construcción de estructuras metálicas y obras públicas, se obtiene a través de la laminación de acero

ACERO FORJADO La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformación plástica cuando se somete al acero a una presión o a una serie continuada de impactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas porque así se mejora la calidad metalúrgica y las propiedades mecánicas del acero

ACERO CORRUGADO Es una clase de acero laminado usado especialmente en construcción para armar hormigón armado, y cimentaciones de obra civil y pública, se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón ,

ACERO INOXIDABLEAleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.[1] es resistente a la corrosión

ACERO CORTEN En la oxidación superficial del acero corten crea una película de óxido impermeable al agua y al vapor de agua que impide que la oxidación del acero prosiga hacia el interior de la pieza. Esto se traduce en una acción protectora del óxido superficial frente a la corrosión atmosférica, con lo que no es necesario aplicar ningún otro tipo de protección al acero como la protección galvánica o el pintado

ALGUNOS METALES NO FÉRREOS

METALES NO FERREOS

CARACTERISTICAS APLICACIONES

ALUMINIO Ligero, blando resistente INDUSTRIA AERONAUTICA, construcción

COBRE Gran conductividad eléctrica, resistente a la corrosión

cableado

TITANIO Enorme resistencia mecánica y a la corrosión

Tecnología aeroespacialMedicina

TÁNTALO superconductor Telefonía móvil

ZINC Resistente a corrosión, bajo punto de fusión

Tejados, revestimientos

COLTÁN

¿Qué es el coltán?

Tantalio

Es la abreviatura de la mezcla de Columbita-Tantalita, metal que cuando se refina da lugar a tántalo metálico, resistente al calor que puede aguantar una alta carga eléctrica.

Se trata de un recurso estratégico, imprescindible en la fabricación de componentes electrónicos avanzados, se usa principalmente en la fabricación de condensadores.

permite que las baterías de los teléfonos móviles mantengan por más tiempo su carga optimizan el

consumo de corriente eléctrica.

es un superconductor resistente a la corrosión capacitado para almacenar carga eléctrica temporal y liberarla cuando se necesita

Tiene una alta eficacia volumétrica, ( permite reducir, en forma drástica, el tamaño de los equipos electrónicos), alta fiabilidad y estabilidad sobre una gama de temperaturas amplia (-55°C a 125°C)

¿Qué propiedades tiene ?

¿Qué aplicaciones tiene?

Es utilizado en casi la totalidad de dispositivos electrónicos: teléfonos móviles, GPS, satélites artificiales, armas tele dirigidas, televisores de plasma, ordenadores portátiles, medicina (implantes), PDAs, MP3, MP4...

¿Dónde se encuentra? El 80 por ciento del coltan

se encuentra en el Congo , el resto se puede encontrar en Tailandia y Australia.

Las grandes

multinacionales pujan para hacerse con el monopolio de su producción. Para conseguirlo, suministran armas a los señores de la guerra, que explotan a sus conciudadanos pagándoles 20 céntimos al día para que encuentren coltán.

¿Cómo se extrae?

El material se extrae a poca profundidad haciendo agujeros en el suelo con palas, se tritura y después y se mete en zonas de lavado, donde el metal se deposita en el fondo por su mayor densidad. Luego se extrae el tantalio y niobio

¿Qué problemas se derivan de su explotación?

1. BÉLICOSSu explotación en África ha estado, y está, ligada a conflictos bélicos para conseguir el control de este material.El control de las minas ha generado una guerra que ha dejado cerca de 5,5 millones de víctimas. Gran parte de los ingresos de la venta de coltán han servido para comprar armas para los ejércitos y milicias.

2. HUMANOS

Más de 10.000 mineros en el Congo recolectan en condiciones infrahumanas arcilla rica en coltan.

Mientras un trabajador, que trabaja en las minas extrayendo coltán y que puede llegar a sacar un kilogramo diario del mismo, gana entre 10 $ y 40 $ semanales, ese kilogramo de coltan cotiza en el mercado internacional a 400 $.

3. SALUD• El método de extracción es

arcaico y junto al coltán aparecen otros minerales radiactivos (uranio, radio…) ante los que los trabajadores se ven expuestos sin ninguna protección, por lo que ha habido una gran cantidad de enfermos por radiación.

3. AMBIENTALESLa extración de coltán tiene consecuencias medioambientales notables:

- La tala de los bosques del Congo (África) para extraerlo

- la contaminación de los ríos de la zona y grandes lagos

- - la destrucción del entorno - el desplazamiento humano y de la

especies. - La explotación salvaje de este recurso

está provocando la destrucción del hábitat de los gorilas en los ocho parques del Congo la población de gorilas ha descendido un alarmante 90% apenas quedan 3.000 ejemplares

¿DE QUÉ ESTAN HECHOS LOS MATERIALES PLASTICOS?Materiales sintéticos formados por macromoléculas orgánicas llamadas polímeros obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo

Según su comportamiento frente al calor :

Termoplásticos A temperatura ambiente, es plástico o deformable, se convierte en un líquido cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría suficiente. polietileno, metacrilato, PVC, nailon, rayon

Termoestables Son materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Baquelita, melamina

polietilenometacrilato

PVC

Baquelita silicona

ELASTOMEROS Capaces de deformarse al ser sometidos a presión y recuperar su forma inicial al cesar la misma. Silicona, polibutadieno, policloropropeno

polibutadieno,

policloropropeno

• Ejemplos de nuevos plásticos:• Bioplásticos a base de maíz y otros recursos naturales renovables son generalmente

biodegradables. • Conductores de la electricidad: Investigadores australianos han demostrado que añadiendo

una delgada lámina de metal y mezclándola con la superfície del polímero se pueden desarrollar nuevos plásticos,conductores flexibles, baratos y resistentes.

• Con nuevas propiedades que impiden el paso, de radiación ultravioleta, campos eléctricos, magnéticos… sin alterar la transparencia de los mismos.: útiles en invernaderos y otras aplicaciones.

• Para contener alimentos. Los nuevos envases están elaborados con materiales de origen renovable como el almidón, que hacen de barrera para que el oxígeno no traspase el plástico y, por lo tanto, permitir que el alimento que contienen dure mucho más tiempo en perfectas condiciones.

FIBRAS TEXTILES

Las fibras textiles son polímeros lineales de alto peso molecular y con una longitud de cadena lo suficientemente grande para ser hiladas

Clasificación según su origen :

Origen Natural- Fibras Naturales

Origen Artificial- Fibras Artificiales

Origen Sintético- Fibras Sintéticas

Fibras Naturales

Fibras Artificiales Fibras Sintéticas

FIBRAS DE ORIGEN NATURALLas fibras obtenidas de una planta o un animal se clasifican como fibras naturales.

De Origen Animal: Proteicas

Lana: ovejas Pelos: Cabra, Camélidos, Angora.Seda: gusanos de seda.

De Origen Vegetal:

Fruto: Algodón, Coco,Tallo: Lino, Yute, Cáñamo.Hoja: Sisal, Esparto.

Algodón,

Yute

Lino,

Esparto

Cabra

sedaLana

FIBRAS DE ORIGEN ARTIFICIAL

Tipos:

•Plásticos Proteicos: Caseína, Lanital.

•Celulósicas:

a) Rayón Viscosa se obtiene a partir de láminas de celulosa de la madera del abeto b) Rayón acetato

•Minerales: Fibra de vidrio, Hilo metálico.

Rayón Viscosa

Plásticos de Caseína

Casco de fibra de vidrio

Rayón acetato

FIBRAS SINTETICASson termoplásticas, estables, para permitir hilarlas directamente a partir del polímero fundido. CLASIFICACION:-FIBRAS DE NYLONLa base para la manufactura es el benceno

-FIBRAS POLIÉSTER-se hacen de grandes polímeros, a partir de la condensación de alcoholes y ácidos orgánicos o de hidroxiácidos

FIBRAS ACRÍLICASSe hacen por polimerización de radicales de acrilonitrilo en tejidos de punto en lugar de telas, alfombras y tapicerías.

FIBRAS ELASTOMÉRICAS procedentes del latex del caucho

NYLON

ACRÍLICAS

POLIÉSTER

latex

CERÁMICAS• Estos materiales no metálicos ni poliméricos son duros, resisten el calor y

el ataque químico y adquieren propiedades eléctricas especiales. La investigación busca ahora la solución de su principal defecto: la tendencia que muestran a romperse.

• Las nuevas cerámicas - alúmina, circonio, carburo de silicio, entre otras - son

ahora más duras, ligeras y resistentes al calor, al óxido y la corrosión. Además

resultan más baratas, pues la base de su fabricación - arenas, arcillas, etc. –

se encuentran de manera abundante en la naturaleza

APLICACIONES DE LAS NUEVAS CERÁMICAS

• El resultado pueden ser cuchillos y tijeras que mantienen un filo casi diamantino y que pueden durar años sin necesidad de volverlos a afilar, también tazas o recipientes que no se rompen aunque las arrojemos con todas nuestra fuerza contra una pared de ladrillo.

• En la industria automotriz, principalmente en los Estados Unidos y el Japón, y ya está a la vuelta de la esquina el motor de cerámica, en la que una de sus principales ventajas es la de operar a más altas temperaturas y por lo tanto más eficientes al quemar los combustibles

• Otras aplicaciones que se están dando y que tienen un futuro brillante es en

la medicina. Un ejemplo de ello y que compite con cualquier otro material como

el Titanio, por ejemplo, se da en las prótesis.

COMPOSITES

Composites o resinas compuestas son materiales compuestos de varios materiales con propiedades diferentes y que forman una nueva sustancia con nuevas propiedades: mayor resistencia, más ligeros, etc.

Se diferencian dos tipos de componentes: los de cohesión y los de refuerzo.

Los componentes de cohesión envuelven y unen los componentes de refuerzo manteniendo la rigidez y la posición de éstos. Los refuerzos confieren unas propiedades físicas al conjunto que mejoran las propiedades de cohesión y rigidez.

Suelen formar estructuras muy resistentes y livianas, se utilizan en : aeronáutica, fabricación de prótesis, astro y cosmonáutica ingeniería naval, ingeniería civil, artículos de campismo, etc

El adobe, formado por arcilla y paja, es el composite más antiguo que conocemos y que hasta hace poco era utilizado en la construcción de viviendas. Macroscópicamente la arcilla (cohesión) se distingue de la paja (refuerzo) pero la mezcla heterogénea tienen unas propiedades mecánicas mejores de sus respectivos componentes individuales.

Otro ejemplo claro lo podemos encontrar en los cimientos de los edificios: hormigón armado con una matriz de acero corrugado

Composites utilizados desde siempre

NUEVOS COMPOSITES• En los nuevos composite, los refuerzos hacen aumentar la resistencia,

rigidez, aislamiento eléctrico, resistencia al calor y la estabilidad dimensional del componente de cohesión. Por ello, estos composites superan a los metales, la madera y los plásticos no reforzados, en decenas de millares de aplicaciones en todo el mundo:

• Medicina • Transportes • Electro/Electrónica • Construcción Civil • Consumo/Recreación

¿QUÉ ES LA NANOTECNOLOGIA?

Trabajando con estructuras de menos de 100 nm de tamaño (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro) permite diseñar, crear, sintetizar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas

El interés de esta tecnología radica en el hecho de que el pequeño tamaño conlleva propiedades físicas y químicas que difieren significativamente de las habituales a mayor escala. Científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas

Es el control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales).

Algunas de las aplicaciones de los nanos-materiales

TECNOLÓGICAS

Los "nanotubos de carbono", uno de los múltiples materiales creados por la nanotecnología, son el material más fuerte conocido por el hombre: mientras un cable de acero de alta resistencia de 0.56 milímetros de espesor puede soportar un peso de unos 102 Kg., un cable de nanotubos del mismo grosor puede soportar un peso de hasta 15.3 Toneladas.Se consideran 100 veces más fuertes y resistentes que el acero, y su peso es 1/6 de su peso. Además,conducen la electricidad mejor que el cobre y son buenos conductores de calor.Actualmente, todos los estudios de nanotecnología se enfocan en estos nanotubos.

MEDICINA

Los “Fullerenos” son moléculas formadas por 60 átomos de C.Su estructura puede adoptar la forma de una pelota, una bukyball, lo que lo hace muy útil en medicina.Liberación controlada de fármacos: El objetivo de la liberación controlada de fármacos como su nombre bien lo describe, es que una vez dada el diagnostico al paciente, se le suministre el medicamento de tal manera que este llegue a su destino y recién ahí empiece a reaccionar con la zona tratada. Esto ayudara al paciente ya que se le suministrara menor cantidad de drogas pero que esto no influya en la eficacia del mismo. Liberándose cuando este en la zona requerida y no antes.

Diferentes nanosistemas empleados para la dosificación controlada de fármacos

La fuerza, flexibilidad y poco peso de nanotubos de carbón hace que podrían servir como andamios capaces de soportar a los huesos y ayudar a víctimas de osteoporosis y huesos rotos

MEDICINA

ALGUNOS NUEVOS MATERIALESNuevas necesidades Nuevos materiales Ventajas y aplicaciones

Aeronáutica CerámicasComposites (con fibra de carbono)

Resistentes al calorLigeros y resistentes

Medicina Metales inoxidablesPolímerosPlásticos autorreparablesFullerenos

Reparar huesosVasos sanguíneosPiel artificial Nuevos medicamentos

Electrónica SilicioColtánNanotubos

Superconductores

Construcciones Composites

Cerámicas

Nanotecnológicos

Resistentes a terremotos y aislantesRepelen líquidos (sanitarios)Paredes antigraffitis

Material deportivo Fibra de carbono

Polímeros

Gran resistencia y ligerezaAislantes y muy ligeros

¿COMO SERÁN LOS MATERIALES FUTUROS?

1.- Nanomateriales:Permitirán, en el futuro, sistemas de liberación de fármacos ultra-precisos, nanomáquinas para microfabricación, dispositivos nanoelectrónicos y nanomateriales para vehículos de altas prestaciones (por ejemplo, aviones)

2.- Materiales inteligentes: Como músculos artificiales y materiales que "sienten" sus propias fracturas.

3.- Materiales bio-miméticos Como la obtención de seda sintética con propiedades similares a la de las telarañas, chips de ADN o el crecimiento de cristales en el interior de "jaulas" víricas.