Johan Sebastián Barrera Barbosa

10022015

Profesor: Cediel Romero

Nuevos Materiales!

Los nuevos materiales

Esta época está caracterizada por el descubrimiento de nuevos materiales que nos está ofreciendo posibilidades tecnológicas solo soñadas en la ciencia ficción. La nanotecnología empieza a ser posible por el desarrollo de estos materiales, pues al lograr la miniaturización solo es posible cuando se encuentran propiedades muy especiales de ciertos elementos que  permiten que se pueda manipular casi al nivel del átomo. La física, la química y la informática ,han hecho posible este avance, y uno de los elementos que ha hecho posible esta nueva generación de materiales es el Carbono, su composición es muy especial El carbono,  tiene una estructura cristalina  y lo encontramos en forma de  grafito o del diamante, también puede convertirse en materiales con cualidades únicas que están cambiando toda la industria, pues no solo son más resistentes que el acero, sino que son extremadamente livianos, excelentes conductores eléctricos, que los hacen imprescindibles en la electrónica. De igual forma el descubrimiento de ciertas propiedades de algunos elementos o tierras raras como las denominan crean nuevas posibilidades tecnológicas que hacen posible la aparición de nuevos dispositivos con mayor eficiencia y un consumo energético cada vez menor. Veamos entonces algunas de las formas que están tomando estos materiales y como están cambiando todo el sentido de las nuevas materias primas.

SEMICONDUCTORES!

Materiales como el silicio, galio o selenio, arseniuro de galio, etc., cuya resistencia al paso de la corriente depende de factores como la temperatura, la tensión mecánica o el grado de iluminación que se aplica. Con ellos se fabrican microchips para ordenadores y circuitos de puertas lógicas.

SUPERCONDUCTORES!

Materiales como el mercurio por debajo de 4 K de temperatura, nanotubos de carbono, aleaciones de niobio y titanio, cerámicas de óxidos de itrio, bario y cobre, etc., que al no oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica, permiten el transporte de energía sin pérdidas.

PIEZOELECTRICOS

Materiales como el cuarzo, la turmalina, cerámicas y materiales plásticos especiales, dotados de estructuras micro cristalinas, que poseen la capacidad de transformar la energía mecánica en eléctrica y viceversa. Se utilizan como sensores y actuadores en dispositivos electrónicos como relojes, encendedores, micrófonos, radares, etc.

SILICONA!

Polímeros en los que las cadenas están formadas por silicio en lugar de carbono. Son materiales muy flexibles, ligeros y moldeables. Son aislantes del calor y de la electricidad y no les afectan ni el agua, ni las grandes variaciones de temperatura. No sufren rechazo en tejidos vivos. Se usan para fabricación de revestimientos exteriores, tapar y sellar grietas, fabricación de prótesis e implantes, material quirúrgico, cirugía estética, etc. 

El Coltán!

formado por dos minerales, la columbita y la tantalita, de los que se extraen el tántalo y el niobio, metales necesarios para la fabricación de microprocesadores, baterías de móviles, componentes electrónicos, aleaciones de acero para oleoductos, centrales nucleares, etc. El 80% de las reservas conocidas se encuentra en la República Democrática del Congo. Por ello hay en esta región una amplia zona de conflicto y de guerras por el control de las minas de diamantes, oro, uranio y coltán. 

La fibra Óptica!

 son fibras constituidas por un núcleo central de vidrio muy transparente, dopado con pequeñas cantidades de óxidos de germanio o de fósforo, rodeado por una fina capa de vidrio con propiedades ópticas ligeramente diferentes. Atrapan la luz que entra en ellas y la transmiten casi íntegramente. 

Materiales Inteligentes!

activos o multifuncionales: materiales como los recubrimientos termo crómicos, capaces de responder de modo reversible y controlable a diferentes estímulos físicos o químicos externos, cambian de color según la temperatura, en caso de incendio, movimientos, esfuerzos, etc. Se utilizan como sensores, actuadores, etc. en domótica y sistemas inteligentes de seguridad. 

Materiales Híbridos!

materiales formados por una fibra y una matriz, como fibras de vidrio y de carbono con una matriz de poliéster o matriz metálica o de cerámica. Son materiales ligeros y de gran resistencia mecánica y altas temperaturas, utilizados en la industria aeronáutica y de embarcaciones, en motores y reactores de aviación.

FIBRAS DE CARBONO!• Las fibras de carbono son muy pequeñas y

sumergidas en un polímetro de soporte resultan un material muy liviano y sumamente resistente. Si uno lo observa a través de un microscopio, una fibra de carbono (cuyo diámetro es la centésima parte de un milímetro) es muchísimo más fino que un cabello humano. [2]

• La fibra de carbono se incluye en el grupo de los materiales compuestos, es decir, aquellos que están hechos a partir de la unión de dos o más componentes, que dan lugar a uno nuevo con propiedades y cualidades superiores, que no son alcanzables por cada uno de los componentes de manera independiente. 

• En el caso particular de la fibra de carbono, básicamente se combina un tejido de hilos de carbono (refuerzo), el cual aporta flexibilidad y resistencia, con una resina termoestable (matriz), comúnmente de tipo epoxi, que se solidifica gracias a un agente endurecedor y actúa uniendo las fibras, protegiéndolas y transfiriendo la carga por todo el material; por su parte el agente de curado ayuda a convertir la resina en un plástico duro

EL GRAFITO!• El grafito es una de las

formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono junto al diamante, los fulerenos los nanotubos y el grafeno A presión atmosférica y temperatura ambiente es más estable el grafito que el diamante, sin embargo la descomposición del diamante es tan extremadamente lenta que sólo es apreciable a escala geológica.

• Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789 y el término grafito deriva del griego γραφειν (graphein) que significa escribir. También se denomina plumbagina y plomo negro.

• El grafito se encuentra en yacimientos naturales y se puede extraer, pero también se produce artificialmente. El principal productor mundial de grafito es China, seguido de India y Brasil [5]

• PRPIEDADES!

Es de color negro con brillo metálico, refractario y se exfolia con facilidad. En la dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportándose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportándose como un conductor semimetálico.

Aplicaciones derivadas del grafito*Se utiliza para hacer la mina de los lápices.*El grafito se emplea en ladrillos, crisoles, etc.*Al deslizarse las capas fácilmente en el grafito, resulta ser un buen lubricante sólido.*Se utiliza en la fabricación de diversas piezas en ingeniería, como pistones, juntas, arandelas, rodamientos, etc.*Este material es conductor de la electricidad y se usa para fabricar electrodos. También tiene otras aplicaciones eléctricas, como los carbones de un motor, que entran en contacto con el colector.*Se emplea en reactores nucleares, como moderadores y reflectores.*El grafito mezclado con una pasta sirve para fabricar lápices.*Es usado para crear discos de grafito parecidos a los de discos vinilo salvo por su mayor resistencia a movimientos bruscos de las agujas lectoras.*Se puede crear Grafeno, material de alta conductividad eléctrica y térmica, futuro sustituto del silicio en la fabricación de chips.*En homeopatía es utilizado como medicamento, el cual, después de ser extraída la tintura madre, diluida y dinamizada, se utiliza para tratar enfermedades como tristeza, inquietud, llanto fácil, desesperación, etc. 

El Grafeno!

El grafeno es un nuevo material nanométrico bidimensional, obtenido a partir del grafito en 2004 por los científicos  André Geim y Konstantin Novoselov,,  es una hojuela cuasiplana con pequeñas ondulaciones, dando la apariencia de un panal de abejas, con un grosor de un átomo de carbono (0,1nm). su producción ha estado, hasta hoy, restringida a nivel laboratorio,. posee unas extraordinarias propiedades que exhibe, tales como un efecto hall cuántico anómalo, un comportamiento como semiconductor gap superficial y ausencia de localización electrónica, entre otras, las cuales vislumbran que serán de gran utilidad en computación, electrónica y ecología entre otros muchos.

El grafeno fue descubierto en los principios del siglo XX a partir del grafito. Aunque en un principio se pensó que eran

cosas totalmente diferentes el grafito se puede describir como una serie de capas de grafeno superpuestas una sobre la otra, a semejanza de sábanas o manteles colocados uno

sobre los otros, de manera que los átomos de una “sábana o mantel” está muy unidos pero separados de los átomos de

los manteles superiores o inferiores. Esto le las propiedades tan características al grafito.

La importancia que ha adquirido en los últimos años el grafeno se debe a un trabajo realizaron dos investigadores uno holandés de origen ruso-alemán y otro ruso-británico que les valió el premio nobel de física por sus trabajos con

este material. Una característica que se explota en el grafeno es que los electrones pueden viajar con mucha

libertad a lo largo de todo el enrejado, a semejanza de lo que ocurre con los metales, convirtiéndolo en un excelente

conductor eléctrico y además desde el punto de vista químico todo el enrejado se comporta como una única

molécula, una macro-molécula o súper-molécula como la describen. 

Hoy día tienen importantes aplicaciones en electrónica como en la construcción de transistores de grandes frecuencias

que permitirían aumentar la velocidad de los procesadores. Los principales desafíos consisten en el poder crear una capa de grafeno en una superficie adecuada y evitar el

sobrecalentamiento de los transistores.

GRACIAS