Esta es la ultima parte de la serie de âSupermaterialesâ cuya informacion nos han enviado varios colegas; por supuesto, como ustedes han de suponer, hay muchos otros sorprendentes e importantes materiales, pero dado nuestra limitacion en tiempo y espacio solo repasamos algunos de los que consideraron nuestros compaÃeros como los mas interesantes. Continuamos y terminamosâ
Metamateriales
Los metamateriales son materiales artificiales elaborados mediante procesos ingenieriles cuyo fin es el obtener propiedades que no se pueden encontrar en la naturaleza. Estan constituidos por multiples elementos individuales de materiales microscopicos ordinarios, como metales o plasticos, pero estructurados en patrones periodicos.
En el sentido mas amplio, se trata de materiales artificiales que presenta propiedades electromagneticas inusuales, propiedades que proceden de la estructura disenada de sus elementos (forma precisa, geometria, tamano, orientacion y disposicion) y no de su composicion, es decir, las propiedades resultantes del material son distintas a las de sus constituyentes. En un sentido mas estricto, hay quien considera un metamaterial a aquel que lo constituye una estructura periodica, cuya dimension maxima es menor que la longitud de onda con la que va a trabajar. De esta manera, la estructura disenada podria considerarse como una "molecula", y sus propiedades ser modeladas mediante parametros globales, permitividad, permeabilidad, indices de refraccion, etc.; exactamente igual a como sucede con las moleculas presentes en la naturaleza.
Algunos amplian esta definicion incluyendo en la misma estructuras aleatorias (igual que en la naturaleza existen solidos cristalinos, periodicos y solidos amorfos) y tambien existe quien no considera la restriccion del tamano de la estructura, aceptando tambien como metamateriales a aquellos de dimensiones mayores que la longitud de onda (cristales fotonicos). Por el contrario, tambien existe quien restringe esa definicion, considerando como metamateriales solo a aquellos que presentan coeficientes de refraccion negativos (metamateriales "doble negativos" o "zurdos").
Lo cierto es que las primeras investigaciones en metamateriales se enfocaron a materiales con un indice de refraccion negativo. En el esquema abajo se representa la refraccion en un metamaterial con refraccion negativa. La flecha entrecortada ilustra como se refractaria si el mismo indice fuera positivo.
EL indice de refraccion negativo en los materiales teoricamente permitiria la creacion de superlentes que pueden tener una resolucion espacial debajo de su ancho de banda. Un superlente o lente perfecto es un lente que usa metamateriales para ir mÃs alla del limite de difraccion. Esto se ha logrado con microondas o en una sola longitud de onda. Sin embargo, todavia no se ha logrado demostrar en los dominios de la luz visible o cercana a la infrarroja.
En otros trabajos, una forma de âinvisibilidadâ ha sido demostrada al menos en un estrecho ancho de banda con materiales que observan un variaciÃn gradual en su indice de refraccion.
Aunque los primeros metamateriales que se empezaron a estudiar fueron en el campo electromagnetico, actualmente metamateriales acusticos y sismicos son tambien objeto de investigacion muy activa.
La aplicaciones actuales y potenciales de los metamateriales son muy diversas.
Estos materiales se esta utilizando en sensores de deteccion y monitoreo de infraestructura o en seguridad publica. Por ejemplo, se ha desarrollado una nueva camara hecha con un metamaterial la cual tiene vision de microondas super rapida en donde el sensor de metamaterial comprime las fotografÃas segun se registran y compila su informacion de forma mÃs eficiente sin necesidad de tantos detectores y mediciones como se requiere en la actualidad.
se utiliza en la elaboracion de radomes*;
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*Nota 1. Un radome (la palabra proviene de una contraccion de dos palabras en ingles, radar y dome) es un cubierta estructural impermeable cuya funcion es proteger algunas antenas de microondas (radar). EL radome se construye de un material que minimiza la atenuacion de las senales electromagneticas que se trasmiten o reciben por la antena a la que protegen. En otras palabras, el radome es transparente a las ondas de radar o de radio. Actualmente se esta experimentado con metamaterial para la construcciÃn de estas estructuras. Como se observa, la funciÃn del radome es multiple. Por un lado, debe proteger la superficie de la antena de las inclemencias del tiempo. Por otro lado, debe ocultar el equipo electronico de la antena de la vista del publico. Adicionalmente, debe protege al personal que opera en la cercania de que sea golpeado accidentalmente por las antenas que rotan rapidamente; todo ello, sin afectar la funcionalidad de la antena.
se utiliza en comunicaciones de alta frecuencia para el campo de batalla y...
en lentes para antenas de alta ganancia;
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en la administracion inteligente de energia solar;
en el mejoramiento de sensores ultrasonicos y aun en estructuras para protecciÃn de terremotos;
actualmente se esta investigado su aplicacion en el campo aeroespacial a distancia;
La investigacion en matemateriales es interdisciplinaria e involucra campos tales como ingenieria electrica, electromagnetismo, fisica del estado solido, ingenieria de antenas y microondas, optoelectronica, optica clasica, ciencia de materiales, ingenieria de semiconductores y nanociencias, entre otros.
Alumina transparente
La alumina transparente es un material ceramico (oxido de aluminio, Al2O3) formado por diminutos cristales que le dan el aspecto de un vidrio pero tienen tres veces la resistencia del acero. Tiene una densidad de 3.96-4.05 g/cmÂ, una dureza Vickers de 1,500-1,650 kgf mm y un modulo de elasticidad de 300-400 GPa. Su punto de fusion es de 2,072 grados Centigrados (2,345.15 grados Kelvin) frente a los 660 grados Centigrados (933.15 grados Kelvin) del aluminio, por lo que su soldadura debe hacerse a corriente continua. Este material se forma a partir del dioxido de aluminio mezclado con tierras raras y al ser enfriados rapidamente se transforma en este tipo de âvidrioâ. Junto con la silice, es el componente mas importante en la constitucion de las arcillas y los esmaltes, confiriendoles resistencia y aumentando su temperatura de maduracion.
La industria del aluminio primario utiliza la alumina fundamentalmente como materia prima basica para la produccion del aluminio.
El oxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindon y de esmeril. Ciertas piedras preciosas, como el rubi y el zafiro son formas de alumina coloreadas por indicios de oxidos de metales pesados; se pueden fabricar piedras artificiales por fusion en la llama oxhidrica. La alumina (Al2O3) se halla tambien en forma de oxidos hidratados que son los componentes de la bauxita y de la laterita (esta consta principalmente de hidroxidos aluminico y ferrico, silice y menores proporciones de otros oxidos).
El oxido de aluminio fundido y vuelto a cristalizar es identico en sus propiedades quimicas y fisicas al corindon natural. Solo le superan en dureza al diamante y algunas sustancias sinteticas, concretamente el carborundo o carburo de silicio
La alumina se utiliza en la generacion de rayos laser y herramientas de corte, ventanas en vehiculos blindados, aparatos de vision nocturna y conos en la nariz de misiles que detectan calor.
Tambien la alumina se utiliza por sus propias cualidades como material ceramico de altas prestaciones en aplicaciones donde se necesite emplear una aislante electrico, en condiciones de altas temperaturas o buenas propiedades tribologicas, tales como: aislante termico y electrico para la parte superior de las cubas electroliticas; revestimiento de proteccion para evitar la oxidacion de los anodos de carbono; absorcion de las emisiones provenientes de las cubas; tambien es utilizada para el secado del aire comprimido ya que tiene la propiedad de adsorber y desorber el agua; en el area sanitaria de las protesis dentales, se utiliza como base de la estructura de coronas y puentes proporcionando gran dureza y resistencia, con bajo peso y su color blanco; en molinos de bolas empleados para preparar esmaltes u otros materiales ceramicos como bolas de molienda; en la fabricacion de Termita mezclado al 50 por ciento con oxido ferroso; como aislante electrico en la bujias de los vehiculos de gasolina; como abrasivo en muchos procesos industriales de acabado, pulido, mecanizado por ultrasonidos; etc. etc.
E-textiles
Los e-textiles, tambien conocidos como textiles electronicos o textiles inteligentes, son telas que permiten la integracion de componentes digitales y/o electronicos (incluyendo pequenas computadoras o nanocomponentes) dentro de las fibras de sus tejidos sin dejar de lado la flexibilidad. Muchos nuevos proyectos estan enfocados al desarrollo de ropa inteligente asà como tecnologÃa y computadoras que se pueden portar como vestimenta.Â
Los textiles electronicos se distinguen de la computaciÃn o tecnologia portable por que el enfasis que se pone en la integracion de elementos como microcontroladores sensores y actuadores entretejidos en la misma tela. En un futuro las prendas hechas con esta tecnologia podran transmitir datos, por ejemplo funciones vitales como la temperatura, la presion u otras funciones. Mas aun, los e-textiles no necesariamente requieren ser parte de una vestimenta. Por ejemplo, pueden ser parte de del diseno de interiores.
Existe un area de especialidad emergente denominada fibratronica la cual investiga y desarrolla tecnologia sobre como las funciones de la electronica y la computacion puede ser integrada en las fibras de los textiles. Una parte de las investigaciones en este tema se enfocan a desarrollar e-textiles mas discretos y resistentes al agua (lavables).
Metales amorfos
Los metales amorfos, tambien referidos como âvidrios metalicosâ o âmetales vitreosâ, son metales con una estructura atomica desordenada, y se producen fundiendo diversos metales y enfriandolos rapidamente antes de darles tiempo a alinear sus moleculas de la forma habitual. Ademas de la solidificacion extremadamente rapida, existen varias formas para producir metales amorfos, incluyendo deposicion fisica de vapores, reacciones de estado solido, implantacion de iones, melt spinning, y aleacion mecanica.
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Normalmente, la estructura atomica del metal es cristalina, lo que significa que la uniones de sus moleculas son debiles. Los metales amorfos, en cambio, adquieren formas mas heterogeneas que le permiten soportar grandes cantidades de calor, transportar electricidad sin grandes perdidas y ser muy flexibles comparados con otros metales.
Los metales amorfos (vidrios metalicos) muestran un comportamiento unico de ablandamiento por encima de su temperatura de transicion vitrea, este comportamiento se ha explorado en forma creciente para aprovecharlo en tecnicas de conformacion termoplastica.
Ingenieros de la Universidad de Yale han a demostrado que los vidrios metalicos pueden moldearse en escalas extremadamente pequenas desde 10 nm a varios milimetros para fabricar nanoelementos cuyo rango de utilizacion va desde memorias para computadoras hasta sensores biomedicos.
Otra aplicacion puede resolver los problemas de nanoimpresion litografica, por ejemplo los nanomoldes de silicio se rompen con facilidad mientras que los nanomoldes de vidrio metalico resultan mas faciles de fabricar y mas duraderos.
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Las aleaciones Ti40Cu36Pd14Zr10 y Mg60Zn35Ca5 son no-cancerigena, tres veces mas resistente que el titanio (en el caso de la primera) y su modulo de elasticidad se aproxima al de los huesos. Adicionalmente, tiene una alta resistencia al desgaste, no produce polvo por abrasion y no experimenta contraccion durante la solidificacion por lo que puede ser moldeado con su volumen definitivo. Con todo lo anterior se puede generar una superficie biologicamente compatible mediante modificacion de la superficie por laser, permitiendo una mejor union con el hueso. Ambos estan siendo analizados y evaluados como un biomaterial para implantaciÃn en huesos y como material de base para la fabricacion de tornillos, clavos, o placas para ser utilizado en fracturas. A diferencia de los materiales tradicionales como el titanio o acero, este material se disuelve a razon de 1 mm por mes, y es reemplazado por tejido oseo. Esta velocidad puede modificarse ajustando el contenido de zinc.
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Fuentes:
http://www.azonano.com/news.aspx?newsID=26132
http://en.wikipedia.org/wiki/Metamaterial
http://intellectualventureslab.com/?p=3945
http://axxon.com.ar/noticias/2013/01/nueva-camara-hecha-con-un-metamaterial-tiene-vision-de-microondas-super-rapida/
http://www.materialsviews.com/a-3d-metamaterial-nanostructuring-with-polymers/
http://en.wikipedia.org/wiki/Transparent_ceramics
http://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAmina
http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/alumina/
http://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous_metal
https://www.google.com.mx/search?q=metales+amorfos+termopl%C3%A1sticos&hl=es&client=firefox-a&hs=eZV&rls=org.mozilla:es-ES:official&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=fjE4Ufr8OsTL2QWRsoDgBA&ved=0CAoQ_AUoAQ&biw=1320&bih=684#imgrc=43rX6jHtSq9O0M%3A%3BTBSzuopmy4C_SM%3Bhttp%253A%252F%252Fve.traetelo.com%252Fimages%252Fproducts%252FAM3845491272.jpg%3Bhttp%253A%252F %252Fve.traetelo.com%252Fsoldadura-por-resistencia-en-materiales-compuestos-termoplaaasticos-anaaalisis-experimental-spanish-edition-p-195150.html%3B341%3B500
http://news.yale.edu/2009/02/11/yale-engineers-revolutionize-nano-device-fabrication-using-amorphous-metals
http://physics.aps.org/story/v15/st20
ÂEspero
que la
informacion
enviada por
varios colegas
haya sido de
su interes y
disfrute!
Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribucion: 632.
No. de envio: 133.
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 132: Supermateriales, Parte II...
Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribucion: 632.
No. de envio: 133.
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 132: Supermateriales, Parte II...
El 02/03/13 21:20, Centro De Investigacon Sismica escribio:
Tus magnificos correos son una valiosisima via de divulgacion cientifica que te enaltece y debe llenarte de orgullo.
Felicidades por tan loable mision.
Saludos cordiales.
Cinvestiga.
Arnoldo tus correos cientificos son maravillosos espero recibirlos todos y mas.
Arnoldo que me puedes informar acerca del Bosson de Hicks????
Saludos
_____________
Hola Arnoldo. Muchas gracias por compartir informacion tan interesante y valiosa para los ingenieros. Creo que estos temas deberian llegar a los profesores de las preparatorias y secundarias para que puedan orientar a sus alumnos sobre las carreras profesionales del futuro. Va una superfelicitacion por tu trabajo.
Saludos.
Cecilia.
Felicidades, Arnoldo. Muy interesante y bien ilustrado. La ingenieria del presente y del futuro seran dependientes de la Ingenieria de materiales. Su ensenanza, adaptada a las carreras, debe ser considerada ya en Mexico.
Saludos,
Sergio M Alcocer
Enviado desde mi iPad