La humanidad y el uso de los materiales. La historia de la humanidad ha estado ligada al uso de los materiales; así, dividimos la historia en períodos con nombres de materiales; Edad de Piedra, Edad de Cobre, Edad de Bronce y Edad de Hierro. La Revolución Industrial del Siglo XIX no se concibe sin el acero y, más recientemente, algunos autores hablan de la Edad del Silicio, debido al uso de este en elementos de la microelectrónica.
Los nuevos materiales: La síntesis de nuevos materiales, dado el agotamiento de los naturales y la aparición de nuevas necesidades, ha ido encontrando respuesta gracias a las bases científicas del conocimiento de las moléculas y átomos. Los nuevos materiales son uno de los ejemplos más notables de la relación entre el desarrollo científico y tecnológico, la creatividad y la innovación. Diseñar y construir materiales hechos a la medida de necesidades específicas, se trata de una auténtica revolución en la llamada ciencia de los materiales. Para lograr este ambicioso sueño, es necesario poder predecir las propiedades que va a tener un material en función de su composición, de las relaciones entre los átomos que lo forman. Los diseñadores de nuevos materiales utilizan sistemas de simulación por ordenador para esto.
Clasificación de materiales:
_ Metales: los más utilizados son: Aluminio: muy dúctil y maleable. Aporta dureza y resistencia a las aleaciones. A pesar de ser el metal más abundante en la corteza terrestre, solamente se puede extraer de la bauxita, mediante un proceso que consume mucha energía y que produce barros muy contaminantes. Zinc: se utiliza en la fabricación de pilas y, debido a su resistencia a la corrosión, en revestimientos para evitar la oxidación, y en aleaciones para latón y bronce. Níquel:
forma aleaciones con el hierro, cobre, cromo o zinc. Se usa para la fabricación de acero inoxidable. Litio. Estaño: con él se fabrica latón, bronce y materiales para soldadura. Combinado con el carbono, forma compuestos orgánicos, necesarios en la fabricación de plásticos.
_ Semiconductores: Son materiales que se pueden comportar como conductores o como aislantes, y que constituyen la base de la industria electrónica.
_ Cerámicos: Suelen ser óxidos o carburos. Se definen como materiales no orgánicos ni metálicos. Son muy frágiles y presentan muy baja conductividad eléctrica y térmica, por lo que en muchos casos se utilizan como aislantes. Se distinguen cerámicas convencionales y avanzadas.
_ Polímeros: Son el resultado de la uníón de pequeñas moléculas orgánicas denominadas monómeros. Tienen baja densidad y temperatura de fusión. Constituyen uno de los materiales que más repercusiones ha tenido y tienen en la sociedad. Suelen obtenerse del petróleo.
_ Composites: Son materiales mixtos, obtenidos a partir de los de las familias anteriores. Se producen buscando cualidades concretas, principalmente bajo peso, tenacidad, operatividad a altas temperaturas.
Nanotecnología
Nano es un prefijo que se emplea para denominar el submúltiplo 10-9. El desarrollo científico y tecnológico ha encontrado su punto culminante en la posibilidad de manejar objetos a nanoescala, es decir, en poder manipular átomos y moléculas para formar sustancias con propiedades concretas.
La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. A esta escala la materia presenta propiedades nuevas y desconocidas, que se estudian aplicando las leyes de la física cuántica. Sin embargo, la nanociencia es multidisciplinar.
Los microscopios nanotecnológicos: En 1981 científicos de la IBM fabricaron el microscopio de efecto túnel.
El STM es obra de los científicos Heinrich Rohrer y Ger Binnig, de IBM, y por él obtuvieron el Premio Nobel de Física en 1986. El funcionamiento del STM se basa en la posibilidad del electrón de salir de esa “nube” de posiciones probables en la que se encuentra, “escapando” como por un
túnel de las fuerzas electromagnéticas que le unen a las partículas del núcleo atómico y generando una intensidad eléctrica. Además de un mayor conocimiento del comportamiento de átomos y moléculas el STM supone poder disponer de los átomos individualmente y crear estructuras con ellos: el desarrollo de la nanotecnología.
En 1986 se construyó el microscopio de fuerza atómica.
El Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewton. Al analizar una muestra, es capaz de registrar continuamente la altura sobre la superficie de una sonda o punta cristalina de forma piramidal. La fuerza atómica se puede detectar cuando la punta está muy próxima a la superficie de la muestra. Todos los movimientos son controlados por una computadora.
Los nanotubos:
En1985 Curl, Harold, Kroto y Smalley descubrieron esferas de carbono puro que llamaron Buckyballs o fullerenes. Un fulereno es una nanoestructura compuesta por 60 átomos de carbono con una forma parecida a un icosaedro, muy regular y próxima a una esfera. Los furelenos en forma de bola dieron paso a los nanotubos de carbono, estructuras cilíndricas de grafito. Son las fibras más resistentes que se conocen, conducen muy bien la electricidad y son muy ligeros y más elásticos que los metales y las fibras de carbono. Están entre los semiconductores y los metales, dependiendo de la forma en la que se enrollen las láminas de carbono.
Aplicaciones de la nanotecnología: Aplicaciones en medicina: la manipulación atómica permitirá la fabricación de nuevos medicamentos, ADN programado para producir determinadas sustancias, reparación de tejidos mediante estructuras autorreparables, nanotubos en terapia génica. Aplicaciones en electrónica e informática: computadoras de ADN. Aplicaciones en la construcción: identificación y reparación automática de brechas en carreteras y edificios. Materiales más resistentes y ligeros, nanomotores y nanorrobots.