Explorando Materiales: Propiedades, Tipos y Tecnologías Avanzadas

Materiales: Composición, Propiedades y Clasificación

Los materiales son sustancias que nos permiten fabricar objetos.

Procedencia de los Materiales

• Naturales: Se obtienen directamente del medio ambiente (ej. madera, algodón, metales en bruto).
• Transformados: Sufren algún tipo de elaboración o proceso a partir de materiales naturales (ej. papel, vidrio, cemento).
• Sintéticos: Fabricados de forma artificial mediante procesos químicos (ej. plásticos, fibras sintéticas).

Propiedades Intrínsecas de los Materiales

• Metálicos:
  • Rígidos, dúctiles, reflejan la luz.
  • Alta densidad.
• Cerámicos:
  • Inorgánicos, baja ductilidad.
  • Dureza, fragilidad.
  • Puntos de fusión elevados.
• Polímeros:
  • Moléculas orgánicas grandes (macromoléculas).
  • Naturales: Como la celulosa.
  • Sintéticos: Obtención industrial a partir de monómeros.
• Materiales Compuestos:
  • Formados por dos o más materiales sin producir reacción química entre ellos.

Propiedades Físicas y Mecánicas

• Electromagnéticas: Relacionadas con la electricidad y los campos magnéticos.
• Térmicas: Relacionadas con la temperatura y el calor.
• Químicas: Describen la reacción del material con otras sustancias.
• Mecánicas: Describen el comportamiento del material ante la aplicación de fuerzas.
  • Dureza: Resistencia a ser rayado o penetrado.
  • Tenacidad: Capacidad de no deformarse ni romperse ante impactos.
  • Plasticidad: Capacidad de deformarse permanentemente y conservar la nueva forma.
  • Elasticidad: Capacidad de recuperar su forma original después de una deformación.
  • Ductilidad: Capacidad de deformación en frío sin romperse (ej. estirarse en hilos).
  • Maleabilidad: Capacidad de deformación plástica sin roturas (ej. extenderse en láminas).

Plásticos: Características, Tipos y Desafíos

Los plásticos son polímeros sintéticos que se obtuvieron por primera vez en el laboratorio a partir de derivados del petróleo en el siglo XX. Son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más pequeñas (monómeros).

Aspectos Negativos de los Plásticos

• No son biodegradables.
• La incineración genera compuestos venenosos.
• Muchos no son fácilmente reutilizables o reciclables.

Características Generales de los Plásticos

• Alta plasticidad, elasticidad y resistencia mecánica.
• Resistencia a la corrosión.
• Alta resistividad eléctrica (aislantes).
• Baja reactividad química.

Comportamiento de los Plásticos ante el Calor

• Termoplásticos: Se ablandan y son moldeables al calentarse, manteniendo su forma al enfriar. Pueden ser reciclados.
• Termoestables: Poseen una estructura altamente reticulada. Son de baja elasticidad y frágiles. Una vez formados, no pueden volver a fundirse.
• Elastómeros: Son muy elásticos y adherentes. Solo pueden fundirse una vez y luego se solidifican de forma irreversible.

Materiales del Siglo XXI: Innovación y Aplicaciones

Aluminio

• Se extrae de lateritas y bauxita.
• Color blanco, maleable, admite pulido.
• Excelente conductor eléctrico y térmico.
• Ligero, se puede alear con otros metales.
• Resistente a la corrosión.
• Su principal fuente de obtención es el reciclaje.

Silicio

• Se usa para fabricar vidrio.
• Es un semiconductor: no conduce la electricidad a no ser que sea sometido a diversas condiciones específicas.

Coltán (Columbita y Tantalita)

• Resistente a la corrosión.
• Capacidad de soportar muy altas temperaturas.

Litio

• Se extrae de las salinas.
• Fundamental para la fabricación de baterías recargables.

Titanio

• Tan duro como el acero, pero más ligero.
• Pesa más que el aluminio.
• Resistente a la corrosión.
• Su obtención es costosa.

Grafeno

• Lámina de carbono de un solo átomo de grosor.
• Excelente conductor de la electricidad y el calor.
• Material extremadamente fuerte.

Siliceno

• Es semejante al grafeno, pero con silicio en vez de carbono.

Nanotecnología: La Ciencia a Escala Molecular

La nanotecnología es la ciencia utilizada para fabricar y controlar estructuras y máquinas de tamaño molecular, capaz de construir nuevos materiales, átomo a átomo.

Unidad de Medida

La unidad de medida fundamental en nanotecnología es el nanómetro (nm), que equivale a una milmillonésima parte de un metro.

Ramas de Investigación en Nanotecnología

• Nanotecnología Seca: Se enfoca en la fabricación de estructuras de carbono, semiconductores y otros materiales inorgánicos y metales, con aplicaciones principales en la electrónica.
• Nanotecnología Húmeda: Trabaja con sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso, incluyendo material genético (membranas, enzimas, etc.), así como organismos vivientes.
• Nanotecnología Computacional: Permite el modelado y la simulación de estructuras complejas a escala nanométrica. Estas estructuras pueden manipularse con nanomanipuladores controlados por ordenador.

Campos de Aplicación de la Nanotecnología

• Sistemas de almacenamiento ultrapequeños basados en nanoimanes.
• Nanoordenadores utilizando moléculas orgánicas.
• Pantallas flexibles con nanotubos.
• Aplicaciones médicas, como sistemas autoinmunes o administración de fármacos.
• Aplicaciones energéticas (ej. celdas solares más eficientes).
• Potenciales aplicaciones espaciales.
• Colaboración en la lucha contra el deterioro del medio ambiente.