Iniciamos este envio recordando que la Ingenieria de Materiales es una rama de la ingenieria que se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y disena o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Esta ingenieria esta muy relacionada con la mecanica y la manufactura.
Los objetivos del Ingeniero de Materiales son dominar al maximo nivel las tecnicas avanzadas de produccion y transformacion de los materiales y ser capaz de contribuir al desarrollo de materiales nuevos y de nuevos procesos de produccion. En el mundo cambiante de las nuevas tecnologias del siglo XXI, el Ingeniero de Materiales va a ser un agente imprescindible en la seleccion de materiales para todas las areas de la ingenieria y en particular en el mundo del diseno.
En el presente envio continuamos con la revision de otros âSupermaterialesâ cuya informacion amablemente han enviado varios colegas. Veamosâ Â
Aleaciones con Memoria de Forma
La mayoria de los materiales con lo que estan fabricados muchos productos de uso comun, y que utilizamos todos los dias, tiene propiedades que permanecen mas o menos constante durante su vida util. Los materiales âinteligentesâ son diferentes. Ellos responden a factores externos, tales como diferencias en los niveles de luz o temperatura del medio ambiente, y ante la modificaciÃn de estos niveles, cambian de alguna manera. De ahi que se les llame âinteligentesâ, porque parece que lo son y aparentemente toman decisiones propias ante condiciones diferentes.
Este tipo de materiales estan siendo aplicados en muchos productos que usted conoce y ha utilizado. Algunos ejemplos incluyen lentes para proteger del sol (lentes oscuros) los cuales se obscurecen a medida que la intensidad de luz se incrementa o termometros de barra cuyo color cambia para indicar la temperatura. Tambien se estan utilizando para fabricar ropa especial que cambia sus caracteristicas con el medio ambiente o con las condiciones del cuerpo.
En particular las âAleaciones con Memoria de Formaâ (SMAÂ por sus siglas en ingles âShape Memory Alloy) son uno de estos âmateriales inteligentesâ, las cuales, como su nombre lo sugiere, tiene memoria. El SMA mas comun es una aleacion de niquel y titanio âdenominado nititnol. A traves de un tratamiento termico especial, un pieza de SMA puede ârecordarâ una forma. Por ejemplo, se puede hacer que un pedazo de alambre permanezca enhiesto a temperaturas arriba de 70 grados Centigrados. Si se dobla este alambre a temperatura normal para darle la forma de un clip, permanecera doblado y continuara actuando como clip. Sin embargo, si usted lo introduce en un vaso de agua cuya temperatura este arriba de 70 grados centigrados, inmediatamente se enderezara. Cuando se enfria, permanecera derecho hasta que sea doblado nuevamente.
La ventaja del SMA es el hecho que provee gran cantidad de fuerza y movimiento a una temperatura precisa. Es tambien posible pre-formar el SMA con diferentes estructuras, por ejemplo, como un resorte o como una placa delgada. Utilizando estas propiedades el material tipo SMAÂ se utiliza para proporcionar un movimiento mecanico cuando se alcanza cierta temperatura. Algunas aplicaciones incluyen:
stents vasculares para reparar obstrucciones en arterias/venas y mejorar el flujo de sangre, evitando infartos;
sellos para tuberia hidraulica (cuando se reduce un troncal); conectores electricos; sistemas de alarma de fuego en el dispositivo para accionar el aspersor o para accionar una puerta o compuerta cortafuegos;
en unidades de coccion acciona una valvula a cierta temperatura y deja salir el vapor en exceso hacia el exterior;
se utiliza para abrir una valvula para que caiga el agua caliente en el cafe en las cafeteras modernas;
en unidades de aire acondicionado accionan las persianas o aletas para dirigir el movimiento del aire;
en unidades de regaderas para bano se utiliza para controlar las valvulas del agua caliente;
y en arquitectura se estan utilizando para integrar las estructuras mas impresionantes que usted haya visto.
Plasma
Se denomina plasma al cuarto estado de agregacion de la materia*, un estado fluido similar al estado gaseoso, pero en el que determinada proporcion de sus particulas estan cargadas electricamente (electrones negativos y iones positivos libres) y no poseen equilibrio electromagnetico; por lo anterior es un buen conductor electrico y sus particulas responden fuertemente a las interacciones electromagneticas de largo alcance.
* Nota 1. Si recuerdan cuando estudiamos secundaria (alla por los anos sesentas) nos ensenaban que habia tres estados o formas de agregaracion de la materia: solida, liquida y gaseosa. A medida que avanzo el conocimiento de la fisica se integro un cuarto, el estado plasmico y luego un quinto, el condensado de Bose-Einstein. Segun la omnisapiente Wikipedia ahora tambien se consideran: el condesando de Fermi asi como los supersolidos; y estan en linea de espera, para ser incluidos otros posibles estados, como los superfluidos, la materia degenerada, la materia fuertemente simetrica, la materia debilmente simetrica, la materia extrana o materia de quarks y los superfluidos polariton.
El plasma presenta caracteristicas propias que no se dan en los solidos, liquidos o gases. Como el gas, el plasma no tiene una forma definida o volumen definido a no ser que este encerrado en un contenedor; pero a diferencia del gas, en el que no existen efectos colectivos importantes, el plasma bajo la influencia de un campo magnetico puede formar estructuras como filamentos, rayos y capas dobles.
Los atomos de este estado se mueven libremente; cuanto mas alta es la temperatura mas rapido se mueven en el gas, y en el momento de colisionar, la velocidad es tan alta que se produce un desprendimiento de electrones. Asi pues calentar un gas a cierta temperatura y presion puede ionizar sus moleculas o atomos y convertirlo en un plasma. La ionizacion tambien puede ser inducida por otros medios, como la aplicacion de un fuerte campo electromagnetico mediante un laser o un generador de microondas, y es acompanado por la disociacion de los enlaces covalentes, si estan presentes.
El plasma es el estado de agregacion mas abundante de la naturaleza. Por ejemplo, los rayos y relampagos son un plasma que alcanza una temperatura de 27,000 grados Centigrados. La mayor parte de la materia en el Universo visible se encuentra en estado de plasma. De hecho, la mayor parte està en el enrarecido plasma intergalactico (particularmente el medio del intracluster) y en las estrellas.
El plasma tiene aplicaciones importantes. El primer ejemplo y mas el comun son las lamparas fluorescentes. Estan formadas por un tubo que contiene mercurio y un gas inerte, que es generalmente argon.
Otra aplicaciÃn ya comun es la television por plasma. Estas pantallas se basan en el principio de que haciendo pasar alto voltaje por un gas a baja presion, este se ioniza. El gas en estado de plasma reacciona con el fosforo de cada subpixel para producir luz (roja,verde o azul) la cual es manipulada electronicamente para producir la imagen.
El plasma tambien tiene muchas aplicaciones en la medicina. Estas aplicaciones se podrian clasificar en tres princiaples campos: a) modificacion de superficies de biopolimeros (por ejemplo en lentes de contacto) para prevenir ataques bacteriales; b) bio-descontaminacion/esterilizacion; y c) aplicacion directa para fines teraupeuticos, por ejemplo en el tratamiento del cancer usando fibras opticas;
Fullerenos
El fullereno (tambien se escribe fulereno) es la tercera forma molecular mas estable del carbono, tras el grafito y el diamante. El hallazgo casual del fullereno en 1985, se produjo al irradiar un disco de grafito con un laser y mezclar el vapor de carbono resultante mediante una corriente de helio. Cuando se examino el residuo cristalizado, se encontraron moleculas constituidas por 60 atomos de carbono.
Estas moleculas tenian una forma semejante a la cupula geodesica construida con motivo de una Exposicion Universal en Montreal en 1967 por el arquitecto Buckminster Fuller, por lo que fueron nombradas como Buckminsterfullerenos o mas comunmente como fullerenos o fulerenos. Es el primer material conocido por la humanidad capaz, en teoria, de sustentar indefinidamente su propio peso suspendido sobre nuestro planeta.
Su naturaleza y forma se han hecho ampliamente conocidas en la ciencia y en la sociedad en general, por sus caracteristicas fisicas, quimicas, matematicas y esteticas. Se destaca tanto por su versatilidad para la sintesis de nuevos compuestos como por la armonia de la configuracion paradigmatica de las moleculas con hexagonos y pentagonos, en lo que se conoce como exapentas: el icosaedro truncado y los cuerpos geometricos semejantes, con mayor numero de caras.
Los fullerenos se presentan en forma de esferas, elipsoides o cilindros. Los fullerenos esfericos reciben a menudo el nombre de buckyesferas y los cilindricos el de buckytubos o nanotubos que es una de sus aplicaciones mas extraordianrias. El descubrimiento del buckyball C60 en 1996 llevaron a obtener el premio Nobel en Quimica a los cientificos Robert Curl, Harold Kroto y Richard Smalley.
Los Nanotubos
Como se comento, los nanotubos de carbono representan, hasta el momento, el mas importante producto derivado de la investigacion en fullerenos.Â
Los nanotubos son moleculas con forma de cilindro, cuerpo geometrico que les garantiza ser la microestructura mas resistente del mundo, 300 veces mas que el acero. Ademas, por su peculiar forma, los nanotubos pueden conducir por su interior flujos de electrones o incluso de otros atomos.
Los nanotubos se componen de una o varias laminas de grafito u otro material enrolladas sobre si mismas. Algunos nanotubos estan cerrados por media esfera de fullereno, y otros no. Existen nanotubos monocapa (un solo tubo) y multicapa (varios tubos metidos uno dentro de otro, al estilo de las famosas munecas rusas). Los nanotubos de una sola capa se llaman single wall nanotubes (SWNTS) y los de varias capas, multiple wall nanotubes (MWNT)
Los nanotubos tienen un diametro de unos nanometros y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta un milimetro, por lo que dispone de una relacion longitud:anchura tremendamente alta y hasta ahora sin precedentes.
La investigacion sobre nanotubos de carbono es tan apasionante (por sus multiples aplicaciones y posibilidades) como compleja (por la variedad de sus propiedades electronicas, termales y estructurales que cambian segun el diametro, la longitud, la forma de enrollar, etc.).Â
A continuacion se enlistan en forma muy breve algunas propiedades y aplicaciones asociadas con estas mismas. Por supuesto, esta es solo un fraccion del total de aplicaciones propuestas hasta hoy.
Por sus propiedades metalicas se aplica en nanocircuitos;
por sus propiedades como semiconductores se utilzan para fabricar diodos y transistores;
por su emision de campo (que es una forma de arrancar electrones de un solido mediante la aplicacion de un campo electrico suficientemente fuerte), se puede utlizar para fabricacion de pantallas planas, tubos de rayos catodicos, lamparas luminiscentes, litografia por haz de electrones, fuentes de rayos X, amplificadores de microondas, tubos de descarga, microscopios electronicos, triodos, betatrones;
por que resuenan mecanicamente ante una senal electromagnetica asi como por su comportamiento resistivo se aplica en radio electronica;
su propiedad para deformarse en presencia de un campo electrico posiblita su aplicacion para construir memorias, por ejemplo, los cientificos han realizado una memoria basada en nanotubos que puede almacer informacion de mil millones de anos;
su propiedad para transformar luz en electricidad y para roproducir luz al inyectarles carga se utiliza para construir dispositivos optoelectronicos.
Fuentes:
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_materiales
http://www.ntnu.no/gemini/2008-english/14-17.htm
http://www.core.form-ula.com/sma-smart-wire-introduction/
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_t%C3%A9rmico_de_memoria_%28metales%29
http://ingenieriademateriales.wordpress.com/2010/03/07/materiales-con-memoria-de-forma-i-termicos/
http://www.geeky-gadgets.com/textspresso-coffee-machine-takes-orders-via-sms-video-09-04-2012/
http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_%28estado_de_la_materia%29
http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&ved=0CFAQFjAF&url="">
http://plasmamedizin.com/plasma_medicine.html
http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2009/09/04/fullerenos-%C2%BFque-son-y-para-que-sirven/
file://localhost/mailbox/:::Users:jarnoldobautistacorral:Library:Thunderbird:Profiles:jqkoxcok.default:Mail:pop.gmail-1.com:Inbox%3Fnumber=194822772&part=1.3&filename=1%252B1%253D2.pps
http://solgelnanophotonics.blogspot.mx/2012_02_01_archive.html
http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CDcQFjAB&url="">
ÂEspero que haya sido de su interes y disfrute la informacion enviada por varios colegas!
Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribucion: 631
No. de envio: 132
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 131: Supermateriales, Parte III...
_____________
Ni se imagina uno que todos estos materiales existen.
_____________
El 23/02/13 11:07, cguardio@xxxxxxx escribiÃ:
Hola Arnoldo:
Muchas gracias por compartir.
Me parece muy interesante, no solo como informacion, sino la generosidad de tu parte al abrir nuevos espacios a nosotros y para nuestros hijos.
Saludos.
Carlos...............
_____________
El 23/02/13 20:25, edmundo Chaparro Mendoza escribio:
Muy interesante Ing.
Materiales que se utilizaran en la construccion en general.
Saludos
El 23/02/13 20:48, JOSE MANUEL MAYAGOITIA HERNANDEZ escribio:
Arnoldo:
Realmente me impresiona esta informacion. Estoy de acuerdo con Lalo Vargas, son tan buenos tus articulos que deberias considerar la idea que te propuso.
Un abrazo y felicidades
Jose Manuel Mayagoitia H.
Arnoldo,
Comparto con Lalo su sugerencia, la cantidad de informacion que nos has compartido sobrepasa el conocimiento adquirido de un texto o libro de consulta y gracias por tenernos dentro del grupo afortunado de recibir este tipo de informacion.
Antonio Ramos
El 24/02/13 19:54, rancho.santa.lucia@xxxxxxxxxxx escribio:
Estimado Arnoldo yo realmente estoy sorprendido de tu grandisima capacidad de trabajo, dedicacion y desinteres, pues el que semanalmente recibas informacion de las personas que estamos en tu secciÃn y a continuacion la edites y distribuyas es entrega que nadie te la pagara, solo la satisfaccion de servir.
Felicitaciones y el que hace lo que puede ya cumplio como pocos.
Horacio GonzÃlez
El 26/02/13 16:06, eduardo gonzalez gomez escribio:
De los mejores articulos ARNOLDO y sobre todo que hay mucho mas de esto que valdria la pena documentar,
gracias por el aporte