Nuevas necesidades, nuevos materiales

Salomon DeanEnrique Hernández-CarilloÁlvaro Sánchez ColacioRoberto García PeránÁlvaro Sánchez Colacio

Lanzadera

ÍNDICE

Nuevos desafíos para la ciencia de materiales Materiales mas resistentes y ligeros Materiales para la energía del siglo xxi El cuerpo en el taller Al limite de las posibilidades Materia gris para el futuro

El cuerpo en el taller

La ingeniería biomédica integra diferentes especiali-dades científicas y técnicas, entre las que destaca la ciencia de materiales. Los destinados a integrarse al cuerpo humano poseen varias carateristicas: Biocompatibilidad Inocuidad Estabilidad estructural Bioactividad

Una visita al dentista

Las lesiones producidas por las caries en las piezas dentales deben rellenarse una vez que se ha eliminado el tejido dañado.

Desde hace años se utiliza el oro como primer material por su plasticidad y estabilidad.

A mediados del siglo xix se comenzó a utilizar la amalgama de plata-mercurio por su menor precio y facilidad de uso. No obstante la toxicidad del mercurio alentó una fuerte polémica que continua hoy en día.

Estética y Salud

La silicona es un polímero inorgánico compuesto de silicio e hidrógeno que se utiliza en multitud de productos de consumo por su versatilidad y estabilidad química. Se usa con fines estéticos.

Reparaciones del corazón

La cirugía cardiaca dispone en la actualidad de técnicas capaces de reparar.

La reducción del diámetro interior de las arterias causado por la arteriosclerosis puede resolverse introduciendo un stent con memoria de forma, es decir, que recupera su forma.

Reparaciones del corazón

Las válvulas cardiacas pueden tener fallos congénitos, es algunos casos es necesario remplazarlas por lo que se utilizan:

Donantes. Animales. Aleaciones metálicas. La más utilizada se

denomina Ti6AI4V

Ayudas para seguir caminando La prolongación de la esperanza de vida y los

hábitos sedentarios esta haciendo de la osteoporosis una epidemia.

La utilización de titanio en implantes de cadera es lo mejor.

Para mejorar el agarre de las piezas ded titanio se emplean tratamientos superficiales como el titanio poroso.

Economía, recursos y atención sanitaria Conforme la medicina se vuelve mas sofisticada

y costosa, se plantea el debate de hasta donde debe llegar un sistema de atención universal.

Las válvulas cardiacas como los implantes de caderas consumen muchos recursos.

El ministerio de Sanidad actualiza sus servicios. En el 2007, por ejemplo, se implanto un programa de atención bucodental a niños menores de 7 años .

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Materiales para la energía del siglo xxi La obtención y almacenamiento de energía

necesitan algo más que las fuentes primarias: Tecnologías y materiales especiales para transformarla en formas útiles.

Las diferentes alternativas energéticas deben su éxito al desarrollo de materiales adecuados.

Oportunidades para el desarrollo de materiales energéticos La evolución tecnológica es un proceso

complejo. Estos factores se combinan creando sinergias,

apoyos mutuos, que aceleran la implantación de nuevas tecnologías.

Las pilas de combustible y las baterías sustituirán a los motores. La energía eólica o solar fotovoltaica presentan inconvenientes como las discontinuidad.

Alternativas energéticas para el futuro Pilas de combustible: Reacciones de oxidación y reducción.

Energía solar fotovoltaica: Energía muy experimentada lograda con placas fotovoltaicas…

Hidrógeno: Capaz de penetrar los metales y las fisuras por lo que es de difícil almacenamiento.

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Materiales más resistentes y ligeros

La introducción del hormigón armado y el acero permitió la creación de infraestructuras más esbeltas como la torre Eiffel o el puente de San Francisco.

El acero, aleación del hierro, es flexible y muy resistente a la tracción. Pero debido a su alto contenido en hierro lo hace muy afectado por la corrosión.

Como es muy pesado es usado en la construcción de grandes buques de transporte, oleoductos etc. Y esto se encuentran en el mar y esto le corroe.

Protección frente a la corrosión (causas):

Corrosión general: Se reduce el espesor de la pieza ya que se va disolviendo por la oxidación.

Corrosión bimetal: La unión de dos metales crea corrientes eléctricas que aceleran la corrosión.

Corrosión intergranular: El acero posee una estructura de granos cristalinos que son débiles ante la corrosión

Corrosión alveolar: Pequeñas diferencias en la composición del acero hacen que se produzca una corrosión intensa en diferentes puntos.

Corrosión bacteriana: Algunas bacterias tiorreductoras crean sulfuros. Y esto corroe mucho el hierro.

Corrosión de fatiga y tensión: La tensión que el metal tiene que soportar hace que sea más sensible a la corrosión en los puntos más críticos.

Protección frente a la corrosión (medidas)PASIVAS: Utilización de aceros especiales: Pobres en carbono y

con alto contenido en cromo, niquel. Recubrimiento de las superficies expuestas mediante

pinturas: con cinc, plásticos u hormigones. Aislamiento eléctrico: de las piezas que sean de material

diferente.ACTIVAS: Paso de corrientes eléctricas: continuas entre la

estructura y que evitan la oxidación. Conexión de la estructura a bloques de metales: que

se oxidan más fácilmente como el magnesio y el cinc. Y que hay que reponer.

Materiales compuestos La fabricación de objetos que combinan materiales

diferentes permite conseguir estructuras ligeras y resistentes

Estos materiales, llamados composites ya existen en la naturaleza y sirven de ejemplo. Como: la madera, huesos.

Las posibilidades de crear este tipo de materiales es infinita algunos ejemplos son:

Fibra de carbono: es 3 veces mas resistente que el acero y 4,5 veces más ligera. No se oxida y permite obtener cualquier forma.

Fibra de vidrio: Tiene propiedades similares a la fibra de carbono pero es menos resistente y no reacciona con ácidos

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Materia gris para el futuro La búsqueda de nuevos materiales conlleva que

existan muchas inversiones , así como personal altamente cualificado.

Por esta razón existen grandes proyectos, multitud de empresas y centros de investigación, como por ejemplo:

1. Proyecto Airbus (construcción aeronáutica)2. I+D (investigación y desarrollo) conjunto de

todo.

¿Qué es I+D? Es el esfuerzo conjunto de toda la sociedad para

el avance en la investigación científica y su aplicación al desarrollo técnico y económico.

Implican diferentes sectores:1. Investigación fundamental y aplicada: Se

realiza en las universidades y otras entidades públicas (CSIC)

2. Investigación aplicada: Se realiza en el seno de grandes empresas nacionales y multinacionales.

3. Aplicación de nuevos conocimientos en innovación empresarial: Es llevada a cabo por pequeñas y medianas empresas (PYME).

¿Qué es el I+D? Para fomentar la transferencia de conocimientos

desde el mundo académico hacia los sectores productivos existen instituciones como:

1. FECYT: Fundación Española de Ciencia y Tecnología creada en 2001 para fomentar las relaciones ciencia-tecnología-empresa.

2. OTT: Oficina de Transferencia de Tecnología. Creada por el CSIC para facilitar la divulgación de los conocimientos científicos hacia el mundo empresarial.

¿Qué es el I+D1. OTRIS: Oficina de Transferencia de Resultados de la

Investigación. Ayudan y asesoran en labores de I+D+I2. Spin off: Empresas creadas por el CSIC para impulsar

el desarrollo técnico, facilitar la contratación de personal e incentivar el aprovechamiento de recursos humanos.

Inteliglass

Plataformas tecnológicas Las razones de las inversiones económicas en

los proyectos espaciales son:1. Contribución al saber humano.2. Apertura de nuevas fronteras científica.3. Retornos tecnológicos.

Telescopio Hubble

El LHC (Gran colisionador de hadrones) es el mayor acelerador de partículas de l mundo.

Su principal objetivo es avanzar en la comprensión de la estructura de la materia a la mayor resolución.

Uno de sus retos es la confirmación de la existencia del bosón de Higgs. Una partícula que permitiría comprender el origen de la masa de los electrones, neutrones y protones.

El LHC

El LHC Para hacerlo funcionar se necesitará hacer un

vacío 10 veces mayor que la existente en la luna.

La temperatura de funcionamiento será de -271,3 ºC, por lo que se necesitará 10000 toneladas de nitrógeno líquido y 130 toneladas de helio líquido para enfriar una máquina de 36.800 toneladas.

La construcción ha obligado el desarrollo de nuevos materiales y procedimientos.

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Nuevos desafíos para la ciencia de materiales. Ciencia de materiales: campo científico

encargado de investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales.

Satisface las necesidades humanas.

¿Cuáles son los desafíos del siglo XXI? Desafíos en la construcción de edificios e

infraestructuras

Desafíos en la medicina

Desafíos en la obtención de energía

Desafíos en la electrónica y tecnologías de la comunicación.

Un salto cualitativo

Desafíos en la construcción de edificios e infraestructuras. Materiales base:

Hormigón armado Acero

Materiales nuevos: Fibra de Carbono Polímeros orgánicos Vidrio

Estos últimos forman composites. Como el Plyben

Desafíos en la medicina actual. Materiales biocompatibles

Utilización de nano-partículas.

Diagnóstico: superconductores para TAC TEP

Tecnología impresa en 3D

Desafíos en la obtención de energía. Materiales fotovoltáicos.

Pila de combustibles

Desafíos en electrónica y tecnologías de comunicación Cristal líquido, CCD, baterías de móvil.

Están en continuo avance.

Nuevos desarrollos.

Nanotecnología.

Un salto cualitativo El creciente avance tecnológico causa

una gran facilidad para crear nuevos materiales.

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Al límite de las posibilidades Muchos de los dispositivos que utilizamos, como los ordenadores o los teléfonos móviles, se basan en materiales construidos al limite de las posibilidades técnicas.

Las propiedades de la materia a la escala ordinaria dependen de las interacciones de un número colosal de átomos, electrones y fotones, pero cuando descendemos a la escala de esas partículas las reglas cambian y se presenta fenómenos sorprendentes que estudia la física cuántica y trata de aprovechar la nanotecnología.

Nuevas maneras de ver y tocarEl desarrollo de la tecnología ha permitido ver los átomos uno a uno mediante el dos tipos de microscopios y son los siguientes:

Microscopio de barrido por efecto túnel (STM).

Nuevas maneras de ver y tocar El microscopio de fuerza atómica (AFM)

Magnetorresistencia y buena memoria Los discos duros de los ordenadores adquiridos

antes de 1997 raramente superaban 1GB .

Los discos duros almacenan la información en forma de puntos magnetizados.

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Aplicaciones de la nanotecnología Catalizadores. Almacenamiento de datos. Encapsulados de fármacos. Recubrimientos. Investigación biomédica.