Fue mas pronto que tarde el abordar el tema de los materiales autorreparables; varios colegas enviaron material relacionado con el tema, el cual fue muy abundante y diverso. Es tanta la informacion que simplemente lo que hice fue relacionar, en forma breve, algunas tecnicas, metodos y/o procesos sobresalientes entre los muchos que cientificos y tecnologos de todo el mundo estan ensayando para crear dichos materiales.
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Antes es importante mencionar que la idea no es nueva. Los materiales autorreparables se han utilizando desde la Segunda Guerra Mundial. Inicialmente los desarrollos se basaban en principios relativamente simples. Sin embargo, a medida que ha pasado el tiempo cada vez se observan conceptos mas complejos. En los ultimos anos, por ejemplo, se empezo a hablar de procesos dinamicos, de aleaciones con memoria y de materiales inteligentes.
Pero empecemos con lo basico; la necesidad de reparar materiales surge porque la mayoria de ellos pierden propiedades a lo largo de su vida como consecuencia de diversos factores. Las principales causas de la degradacion o falla de los materiales son: agentes oxidantes, contaminacion, bacterias, calor, luz, fuerzas mecanicas externas, insectos, radiaciones, agentes atmosfericos como viento, lluvia, entre otros.
Para contender con esta situacion se ha hecho necesario crear materiales capaces de detener, reducir o eliminar estos procesos de degradacion y de reparar los danos causados por los factores mencionados. En particular, el termino autorreparcion se utiliza cuando el material en cuestion tiene la habilidad para reparar total o parcialmente danos que le ocurren durante su vida util. Los materiales en que se experimento primero estos procesos de autorreparacion fueron metales fundidos y posteriormente en hormigon (concreto). Hoy hay un sinnumero de materiales autorreparables.
EL interes en desarrollar autorreparacion sintetica en metales fundidos se inspiro principalmente en sistemas biologicos existentes con capacidades de auto-curarse. La auto-curacion natural se observa en muchos sistemas organicos, como los huesos. Otro ejemplo es el proceso de autorreparacion que tienen los animales cuando se hieren utilizando de entrada la coagulacion sanguina la cual se analizo en el envio anterior. A lo largo del desarrollo de estos materiales, en las ultimas decadas, se han logrado ventajas, caracteristicas o propiedades muy interesantes. El proceso de autorreparaciÃn puede ser autonomo, esto es sin intervencion humana, o no-autonomo. Este ultimo requiere intervencion externa, por ejemplo calentar el material para accionar el proceso de reparacion.
A continuacion revisaremos, brevemente, algunos mecanismos de autorreparacion que han sido explorados recientemente:
1. Investigadores de la University of Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado una tecnica de repracion autonoma con polimeros, embebiendo microcapuslas rellenas con un monomero (agente reparador) y un catalizador en una estuctura epoxica polimerica. Cuando la estructura se dana y el monomero se pone en contacto con el catalizador se convierte en un polimero solido el cual sella la grieta a medida que esta se desarrolla.ÂÂ
2. En la University of Bristol se ha desarrollado otro mecanismo aprovechando investigaciones previas basadas en una fibra reforzada con un polimero compuesto. Agregando fibras huecas rellenas de una resina para reparar y un endurecedor entre estas fibras reforzadas se pudo demostrar la recuperacion eficaz de danos causados por un impacto. Cuando el dano ocurre, las fibras huecas se fracturan localmente, dejando salir la resina y el edurecedor, los cuales al mezclarse sellan la fractura.ÂÂÂÂ
3. Un evento de autorreparacion, muy especifico y unico, se ha logrado utilizando una red micro-vascular interconectada en la que se hace circular capsulas que contienen un agente reparador, imitando de alguna manera al sistema circulatorio presente en organismos biolÃgicos: la red envia al agente reparador continua y repetidamente, cubriendo todas las partes de la estructura, hasta que eventualmente se acciona por algun dano que se genera en la estructura, reparando en forma inmediata la misma.
4. Un grupo, conformado con investigadores de University of California, Los Angeles y University of Southern California, desarrollo un polimero en el cual cerca del 30% de las ligas de su estructura se desconectan entre si cuando se llega a una temperatura cercana a los 120 C y se reconectan cuando se enfria. Esto permite que cuando las cadenas del polimero no estÃn ligadas fluya en la grieta o abertura causada por el dano. Despues de que se enfria las cadenas se ligan nuevamente en la grieta ya cerrada.Â
5. Un estudio divulgado por la revista cientifica "Natureâ, senala que la mayoria de los materiales fabricados a base de polimeros se reparan mediante el calentamiento directo de la zona afectada. Sin embargo, Christoph Weder y su equipo de la universidad de Friburgo (Suiza) han desarrollado un material gomoso que contiene compuestos metalicos que absorben la luz ultravioleta y la convierten en calor localizado, lo que permite la autorreparacion. Al exponer el polimero metalosupramolecular a la luz ultravioleta, se produce una estimulaciÃn del ligante metalico y la energia asi absorbida se transforma en calor.
Segun los cientificos, este metodo tiene ventajas sobre el calentamiento directo por el hecho de poder acotar la zona danada e incluso proceder a la autorreparacion mientras esa esta sometida a alguna carga. Estos materiales con capacidad intrinseca de autorrepararse de los danos sufridos se les denomina materiales inteligentes.
6. Otro invento, tambien relacionado con el uso de la luz ultraviolenta, y publicado por un grupo de investigacion en "Science", consiste en una recubrimiento (pintura) autorreparable, la cual, cuando se raya, se repara por si solo si se expone a la luz ultravioleta. Afirman que puede conservar, desde autos a iPods siempre brillantes como nuevos. La nueva cubierta se fabrico mezclando quitosano o chitosan -un derivado de quitina, el componente principal de los esqueletos de los artropodos- con poliuretano. Para probarlo hicieron delgados rayones en el nuevo material, luego lo expusieron a la luz UV con una intensidad parecida a la que proporciona el sol. La radiacion genero una serie de reacciones, causando que las moleculas danadas se liguen con las moleculas sanas nuevamente. El corte se repara en 30 minutos aproximadamente. La investigacion esta actualmente en curso y una desventaja que se tiene actualmente es que el proceso solo funciona una primera vez.
7. Reforzamiento de concreto con materiales compuestos con capaciadad de autorreparase esan siendo desarrollados utilizando fibras de vidrio huecas (embebidas en la estructura del concreto) rellenas con un sellador de aire con capacidad para reparar danos cuando estas se rompen. Este material compuesto ha demostrado efectivamente su capacidad reparar danos por si mismo, pero tiene la desventaja de reducir de un 10% a un 40% la dureza del concreto comparado con el estandar.
8. Investigadores han estudiado las propiedades mecanicas y el comportamiento de autosellado de grietas de un material compuesto denominado âmullitaâ o âporecelanitaâ reforzado con la inclusion de 15% del volumen de fibras de Carburo de Silicio. Se han observando buenos resultados en su aplicaciÃn.
9. Materiales ceramicos autorreparantes pueden ser producidos cuando un reaccion oxidante causa que el volumen del oxido exceda el volumen del material original, permitiendo que el producto de esta reaccion rellene pequenas grietas o huecos.Â
10. CientÃficos de âDalian University of Technologyâ, en China, han desarrollado concreto autorreparante que utiliza alambres de aleaciones con memoria de forma (SMA por sus siglas en inglÃs âShape Memory alloy), tambien conocidos como metales inteligentes, para rellenar grietas asi como fibras huecas con adhesivos para unir paredes de las grietas.
11. Investigadores alemanes estan actualmente probando un material autorreparante a base de bacterias que, cuando se exponen al agua, forman piedra caliza dura. La mezcla de concreto que desarrollaron contiene pequenas burbujas de ceramica rellenas con esporas inactivas y nutrientes (lactato calcico) para alimentarlas. En bloques o losas de concreto solido ya fraguado, estas esporas permanecen inactivas, pero cuando el concreto se cuartea o agrieta y el agua se filtra hasta alcanzar las burbujas de ceramica, la bacteria entra en accion, usando el lactato de calcio para formar calcita (uno de los dos componentes primarios de la piedra caliza), la cual rellena la grieta. En el laboratorio, la bacterias pueden llenar grietas hasta de 0.5 milimteros de ancho.
Para terminar veremos enseguida un video editado por la Universidad de Tokyo con procesos de autorreparacion en concreto, La liga es: http://www.youtube.com/watch?v=RovwoWqnOVgÂ
Fuentes:
http://suite101.net/article/materiales-autorreparables-a70958#axzz2K0JRnAN5
http://curiososincompletos.wordpress.com/2011/09/12/material-autorreparable-polimeros-inteligentes/
http://www.inventoseinventores.com/home/69-material-autorreparable
http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2009/03/13/self-healing-coating-could-make-scratch-proof-cars/#.URX5ooVVvNU
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263436812001837
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946511000102
http://content.yudu.com/A1t54y/MCDPJulAug11/resources/29.htm
http://comunidad.uem.es/aerospace-engineering/archive/2012/1
ÂEspero que haya sido de su interes la informacion enviada varios colegas!
Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribucion: 630
No. de envio: 130
Bienvenidos comentarios sobre los envios.
Nota: Este correo no tiene acentos
Deseando tengan un excelente fin de semana, les envio un fuerte abrazo.
Arnoldo
Comentarios sobre el envio 129: De lo autocurable a lo autorreparable...
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