Materiales y Nanotecnología: Propiedades, Aplicaciones y Futuro

Materiales: Propiedades, Clasificación y Reciclaje

Es importante conocer los materiales que componen los objetos que utilizamos para poder apreciar su utilidad y afrontar su reciclado. La ciencia de los materiales estudia los enlaces químicos que mantienen unidos los átomos y las estructuras de los materiales.

Principales Materiales

• Materiales Metálicos: Buenos conductores de electricidad y calor, deformables y resistentes al paso del tiempo. Se usan en envases, edificios y todo tipo de máquinas.
• Cerámicas y Vidrios: Son duros, estables y aislantes. Se usan en construcción, envases y más aplicaciones industriales.
• Materiales Plásticos: Propiedades muy variadas según su composición. Algunos son indestructibles y tienen todo tipo de usos.
• Materiales Pétreos: Se encuentran en la naturaleza. Se usan en construcción, ingeniería y arquitectura.
• Fibras: Son de origen natural o artificial y se forman por largas moléculas.

Sostenibilidad y Reciclaje

La regla de las tres erres consiste en:

1. Reducir la cantidad de residuos y evitar el consumo innecesario.
2. Reutilizar los productos que ya hayan tenido otro uso.
3. Reciclar los productos que ya no valen.

El modelo de la cuna a la cuna propone una cuarta R, la regulación, que consiste en que, en vez de reducir el consumo de energía, hay que trabajar en el diseño del producto para que no sea necesario el gasto de energía.

Nuevos Materiales y sus Aplicaciones

La importancia de los nuevos materiales reside en mejorar nuestra calidad de vida, modernizando todo tipo de objetos con propiedades cada vez más sorprendentes.

• El poliuretano permite que los bañadores sean rápidos porque reducen la fricción del nadador en el agua y aumenta el efecto de flotabilidad.

Conductores y Superconductores

• Conductor Eléctrico: Cuerpo que transmite la corriente a través de él.
• Superconductor: Conductores perfectos, no presentan resistencia al paso de la corriente eléctrica.
• Superconductor Cerámico: Mismas propiedades que los conductores eléctricos, pero a temperaturas de 134 Kelvin.

Los superconductores se aplican en electrónica, cables y campos magnéticos intensos.

Materiales Compuestos

Un material compuesto es un material formado por dos o más materiales de diferente naturaleza que, cuando se combinan, dan como resultado un material que tiene las mismas propiedades del principio, pero mejoradas. Sus ventajas son que reducen el peso y mejoran las prestaciones, son más resistentes al desgaste y ofrecen mejor aislamiento térmico.

• Los trenes de levitación magnética funcionan utilizando una gran cantidad de imanes para su sustentación y propulsión. Al no tener contacto físico, solo tienen fricción con el aire, lo que hace que alcancen una velocidad elevada.
• Los materiales que se usan en la navegación espacial son materiales compuestos por baldosas de un material cerámico diseñado para aguantar todo tipo de temperaturas.

Biomateriales

Los biomateriales son materiales utilizados para ser implantados dentro de un sistema vivo. Se utilizan para reemplazar o restaurar alguna función del cuerpo.

Nanotecnología y Nanomateriales

El paso fundamental para poder manipular la materia a nivel atómico es la nanotecnología, y el descubrimiento decisivo fue el microscopio de efecto túnel.

• Un nanomaterial es un material de tamaño muy reducido, formado por partículas nanométricas y usado en la fabricación de materiales solares ópticos.
• Nanotecnología: Campo de las ciencias aplicadas dedicadas al control y manipulación de la materia a nivel de átomos y moléculas.

Los principales ámbitos de investigación de la nanotecnología son la nanoelectrónica, la nanobiotecnología y los nanomateriales.

Investigación y Desarrollo de Materiales

Las principales líneas de investigación de los materiales son las que desarrollan las posibilidades de los polímeros y las nanotecnologías.

• Un material híbrido es un material compuesto por materiales de distinta naturaleza.
• La fibra de carbono es una fibra sintética formada por filamentos de 5-10 nanómetros de diámetro y compuesta por carbono.
• El Kevlar es una poliamida sintetizada en 1965. Es muy resistente y su mecanización es difícil.
• Un material inspirado en la naturaleza es el velcro, que es capaz de juntar dos superficies y que sea lo suficientemente resistente como para que se deba hacer bastante fuerza para separar ambos lados.

El diseño de nuevos materiales es posible gracias a los científicos que estudian de forma detallada las propiedades físicas y químicas de los átomos, moléculas y compuestos de materiales que ya existían.