Materiales Innovadores: La Revolución de la Ciencia de los Materiales

Materiales Innovadores: La Revolución de los Materiales

La Humanidad y el Uso de los Materiales

La historia de la humanidad ha estado ligada al uso de los materiales. Para su estudio, dividimos la historia en períodos cuyos nombres aluden a los materiales predominantes: Edad de Piedra, Edad de Cobre, Edad de Bronce y Edad de Hierro.

La Revolución Industrial del siglo XIX no se concibe sin el acero y, más recientemente, algunos autores hablan de la Edad del Silicio, debido al uso de este elemento en la microelectrónica.

Los Nuevos Materiales

La síntesis de nuevos materiales, dada la escasez de recursos naturales y la aparición de nuevas necesidades, ha encontrado respuesta gracias a las bases científicas del conocimiento de las moléculas y los átomos.

Los nuevos materiales son uno de los ejemplos más notables de la relación entre el desarrollo científico y tecnológico, la creatividad y la innovación. Hoy, se comienza a ver como posible el sueño de diseñar y construir materiales a la medida de necesidades específicas. Se trata de una auténtica revolución en la ciencia de los materiales.

Para lograr este ambicioso sueño, es necesario poder predecir las propiedades que va a tener un material en función de su composición y de las relaciones entre los átomos que lo forman. Los diseñadores de nuevos materiales utilizan sistemas de simulación por ordenador para calcular la estructura molecular que tendría cierta combinación de átomos y deducir de ella sus propiedades físicas y químicas.

Clasificación de Materiales

Metales

• Aluminio: Muy dúctil y maleable. Aporta dureza y resistencia a las aleaciones. A pesar de ser el metal más abundante en la corteza terrestre, solamente se puede extraer de la bauxita, mediante un proceso que consume mucha energía y produce residuos muy contaminantes.
• Zinc: Se utiliza en la fabricación de pilas y, debido a su resistencia a la corrosión, en revestimientos para evitar la oxidación, y en aleaciones para latón y bronce.
• Níquel: Forma aleaciones con el hierro, cobre, cromo o zinc. Se usa para la fabricación de acero inoxidable.
• Litio
• Estaño: Con él se fabrica latón, bronce y materiales para soldadura. Combinado con el carbono, forma compuestos orgánicos, necesarios en la fabricación de plásticos.

Semiconductores

Son materiales que se pueden comportar como conductores o como aislantes, y que constituyen la base de la industria electrónica.

Cerámicos

Incluyen desde la sal común hasta silicatos complejos. Suelen ser óxidos o carburos. Se definen como materiales no orgánicos ni metálicos. Son muy frágiles y presentan muy baja conductividad eléctrica y térmica, por lo que en muchos casos se utilizan como aislantes. Se distinguen cerámicas convencionales (barro, vidrio, etc.) y avanzadas (fibra óptica, etc.).

Polímeros

Son el resultado de la unión de pequeñas moléculas orgánicas denominadas monómeros. Tienen baja densidad y temperatura de fusión. Constituyen uno de los materiales más recientes (principios del siglo XX) y que más repercusiones ha tenido y tiene en la sociedad. Suelen obtenerse del petróleo. Entre ellos están los plásticos, que son ligeros, impermeables, flexibles, baratos y muy resistentes a la corrosión, pero son contaminantes.

El caucho o goma natural es un polímero derivado de un hidrocarburo que se obtiene del látex del árbol del caucho. Se utiliza en los neumáticos de coches, para lo cual se vulcaniza por adición de azufre.

La silicona es un polímero de silicio, inerte y estable a altas temperaturas.

Composites

Son materiales mixtos, obtenidos a partir de los de las familias anteriores (metálicos, cerámicos y polímeros). Generalmente, se introducen fibras en una resina polimérica (plásticos). Se componen de varios tipos de refuerzo: fibras cortas, largas o partículas. La matriz (polímero) le da volumen y protege a las fibras.

Se producen buscando cualidades concretas, principalmente bajo peso, tenacidad y operatividad a altas temperaturas.

Nuevas Tecnologías: La Nanotecnología

Nano es un prefijo que se emplea para denominar el submúltiplo 10^-9.

El desarrollo científico y tecnológico ha encontrado su punto culminante en la posibilidad de manejar objetos a nanoescala, es decir, en poder manipular átomos y moléculas para formar sustancias con propiedades concretas.