Ceràmiques, Polímers, Biomaterials i Nanotecnologia

Ceràmiques

La ceràmica tradicional està composta per silicats. Es fa servir per a l'artesania o amb funcions estructurals. Les ceràmiques tècniques o avançades estan formades per elements metàl·lics: carburs, nitrats i borats.

Totes les ceràmiques són materials refractaris, inorgànics i no metàl·lics. Són generalment cristal·lines (excepció dels vidres, que són amorfs i tenen els àtoms units per enllaços forts iònics o covalents). Tenen:

• Baixa conductivitat tèrmica i elèctrica.
• Alta duresa.
• Alta fragilitat i poca plasticitat.
• Gran resistència a la corrosió.

Nous materials ceràmics

• Ceràmiques intel·ligents: es fan servir en sensors i actuadors.
• Reptes del futur: membranes ceràmiques hiperfiltradores de líquids o gasos a escala molecular.
• S'estan elaborant ceràmiques superdures millorant la ductilitat per fer recobriments.

Polímers

Formats per molècules molt grans, d'origen orgànic, en les quals es repeteix una unitat estructural: el monòmer. S'associa amb el plàstic.

• Polímer d'origen natural: seda, cautxú.
• Polímer sintètic: formen part de teixits i envasos, carcasses de joguines o aparells elèctrics, aïllants en cables o en components electrònics.

Característiques:

• Resistència mecànica: capacitat per suportar tensió abans de trencar-se.
• Elasticitat: capacitat de deformar-se abans de trencar-se.

Biomaterials

Són materials que han de ser compatibles amb teixits o organismes vius. Molts materials que es fan servir en medicina, com el titani o ceràmiques biocompatibles per practicar implants, minimitzen el rebuig per part del pacient.

Materials per a un món més eficient

Fibra de carboni

• Extraordinària combinació de resistència i lleugeresa.
• Eterna promesa per reduir combustible pels medis de transport.
• Material compost fabricat a partir d'una matriu de polímer reforçada amb fibra de carboni.
• La matriu polimèrica assegura que sigui un bon aïllant tèrmic.
• Propietats ignífugues, no comuna en els polímers.
• Inconvenient: alt cost de fabricació.

Materials per a un món més global

Sense fibra òptica, Internet no hauria estat possible, serveix a grans distàncies. També és necessària la fibra òptica per transmetre grans volums d'informació.

Les fibres òptiques

Estan fetes generalment de vidre (material ceràmic), també n'hi ha de plàstic (polímer).

Propietats de les fibres òptiques

Bon aïllament elèctric i tèrmic, suport d'altes temperatures i, sobretot, transparència. Té un baix cost i abundància. La característica principal és que condueixen la llum sense quasi atenuació i en trajectòries corbes. El fenomen físic que es fa servir per aconseguir-ho és la reflexió total a l'interior. Aquests cables de fibra són molt lleugers, flexibles, barats i no s'oxiden.

La transmissió més senzilla de les fibres òptiques és la transmissió de llum a indrets de difícil accés que volem explorar. Per exemple, l'interior del cos humà.

Díodes làser i LED

Formes menys costoses de produir llum. Aquests semiconductors emeten llum quan se'ls connecta un corrent elèctric en una direcció i no deixen passar el corrent quan es connecten en la direcció contrària.

Avantatges: són petits, de baix consum, altament reemplaçables, barats i duradors.

Nanotecnologia

La gran revolució en el món dels materials ha vingut de la mà de possibilitar el canvi d'escala, és a dir, de tractar els materials a escala entre l'atòmica i la molecular. La nanotecnologia és la part de la ciència dels materials que estudia i manipula la matèria a aquesta nova escala. La nanotecnologia és una de les branques de la ciència que desperta més interès, tant en el món científic com en les administracions i la societat en general, que cada vegada demana més informació en aquest camp.

L'escala nano

El terme "nanotecnologia" prové del fet que l'escala atomicomolecular és de l'ordre de nanòmetres. En aquesta escala, els objectius són molt difícils de manipular, sobretot perquè les lleis de la física i la química que en descriuen el comportament varien.

Nova escala, nova física: nous instruments

Hi ha una revolució amb els instruments. El primer instrument d'aquesta revolució és el microscopi d'efecte túnel, en el qual una punta de wolframi que conté un únic àtom al seu extrem fa un escombrat i mesura els nanocorrents elèctrics que es generen entre la punta i la mostra. Actualment es fan servir els microscopis de força atòmica, que mesuren la força entre una micropalanca d'escombrat flexible i la mostra, i es poden fer servir amb mostres no conductores.

Aplicacions actuals i futures

La nanotecnologia té com a objectiu dissenyar productes i materials amb característiques físiques i químiques específiques. S'esperen grans avenços en molts camps com la medicina, la producció d'energia, l'electrònica, la producció d'aliments i de teixits, etc. La revolució que pot significar la nanotecnologia és tan enorme, que quan se'n parla sembla que es barreja la realitat amb la ciència-ficció.