Nicolás Tarquino Beltrán I.E.D Rodolfo Llinas 903 LOS NUEVOS MATERIALES.

Presentación del tema: "Nicolás Tarquino Beltrán I.E.D Rodolfo Llinas 903 LOS NUEVOS MATERIALES."— Transcripción de la presentación:

1 Nicolás Tarquino Beltrán I.E.D Rodolfo Llinas 903 LOS NUEVOS MATERIALES

2 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.

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4 Los nuevos materiales son los avances de la física y la aparición de la electrónica combinada con los progresos de la ciencia de los materiales han dado lugar a circuitos eléctricos y electrónicos muy reducidos capaces de controlar señales eléctricas de muy baja intensidad, gracias a nuevos materiales eléctricos como: 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. Piezoeléctricos: 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.

5 Semiconductores: Superconductores Piezoeléctricos

6 OTROS NUEVOS MATERIALES SON… Siliconas: 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 termocrómicos, 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 con memoria de forma: materiales como las aleaciones metálicas de níquel y titanio, variedades de poliuretano y poliestireno capaces de «recordar» la disposición de su estructura espacial y volver a ella después de una deformación. Se utilizan en sistemas de unión y separación de alambres dentales para ortodoncia, películas protectoras adaptables y válvulas de control de temperatura. 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.

7 NANOMATERIALES. LA NANOTECNOLOGÍA.

8 Los nanomateriales son aquellos materiales de tamaño muy reducido, cuyo diámetro es del orden del nanómetro, es decir, de las mil millonésimas de metro. Están formados por partículas inferiores a 100 nm.

9 APLICACIONES DE LA NANOCIENCIA Y DE LA NANOTECNOLOGÍA

10 1. Nanomedicina Posibilidad de construir dispositivos diminutos que recorran el cuerpo, para detectar enfermedades o depositar fármacos. Como un glóbulo rojo de la sangre tiene un tamaño de unas 7 micras y un nanómetro es la milésima parte de una micra, un posible tratamiento para el cáncer consistirá en introducir nanocápsulas de silicio recubiertas de oro en la sangre del paciente. Las cápsulas llegarán al tumor y se fijarán selectivamente sobre las células tumorales. 2. Nanoelectricidad y nanoelectrónica Fabricación de baterías flexibles de nanotubos de carbono. Baterías de papel. Pilas y condensadores ultrafinos. LED para sustituir las bombillas tradicionales con luz fría de mayor duración y eficiencia energética. 3. Otras aplicaciones en el campo de la energía, sostenibilidad, industria textil y arquitectura En el campo de la energía, la nanotecnología está contribuyendo a la construcción de células fotovoltaicas más eficientes. Avance hacia la sostenibilidad con la mejora de catalizadores, descontaminación del agua y de la atmósfera.

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12 1. 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.

13 CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE LAS FIBRAS DE CARBONO

14 2. 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.

15 PROPIEDADES: 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.

16 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.

17 3. EL GRAFENO: El grafeno es un nuevo material nanométrico bidimensional, obtenido a partir del grafito en 2004 por los científicos Andre 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.

18 APLICACIONES DEL GRAFENO: ¿Hay algo que no pueda hacer el grafeno? Sus propiedades son realmente extraordinarias y en parte por que se ha convertido en un tema “de moda” entre los físicos, el grafeno es noticia prácticamente todos los días. Miles de laboratorios alrededor del mundo se encuentran trabajando con este material, buscando aplicaciones prácticas (y rentables patentes) por lo que no es extraño que periódicamente se le descubran nuevas propiedades.

19 1. EXPLICA LA RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LOS NUEVOS MATERIALES Y LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS. PON DESPUÉS UN EJEMPLO UTILIZANDO UN MATERIAL CONCRETO. Relación: La creación de nuevos materiales son productos de la innovación en las tecnologías las cuales son fruto del desarrollo de diferentes áreas, las cuales se han diseñado para responder a nuevas necesidades o a alguna aplicación tecnológica. EJEMPLO Envoltorio metálico de burbujas Adiós al popular plástico de burbujas utilizado para proteger objetos frágiles. Investigadores de la Universidad de Carolina del Norte han desarrollado una versión más avanzada basada en aluminio. Este nuevo envoltorio es un 30% más ligero que el de plástico y un 50% más resistente. Es fácil de fabricar, no muy caro y pronto se podría utilizar para embalar cualquier tipo de objeto delicado.

20 2. INDICA LAS PROPIEDADES DE LOS NUEVOS MATERIALES ELÉCTRICOS Y SUS PRINCIPALES APLICACIONES. Materiales piezoeléctricos: Son Materiales dotados de estructuras micro-cristalinas, capaces de transformar la energía eléctrica en energía mecánica, y a la inversa. Se utilizan como sensores y actuadores en dispositivos electrónicos como relojes, encendedores, micrófonos y radares, entre otros. Son Piezoeléctricos el cuarzo, la turmalina, y algunos materiales cerámicos y plásticos especiales. Materiales eléctricos superconductores: Son los Materiales como el mercurio por debajo de 4 grados kelvin de temperatura, nanotubos de carbono, aleaciones de niobio y titanio, cerámicas de óxidos de itrio, bario y cobre, etcétera, que al no oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica permiten el transporte de energía sin pérdidas. Materiales eléctricos semiconductores: Son los Materiales como el silicio, el galio, el selenio, o el arseniuro de galio, cuya resistencia al paso de la corriente depende de factores como la temperatura, la tensión mecánica, o el grado de iluminación aplicados. Con los semiconductores se fabrican los microchips para ordenadores, por ejemplo.

21 3. ¿QUÉ PROPIEDADES HA DE TENER UN MATERIAL PARA QUE PUEDA CLASIFICARSE COMO MATERIAL INTELIGENTE? ¿Y PARA QUE TENGA MEMORIA DE FORMA? ¿PARA QUÉ SE UTILIZA CADA UNO DE ELLOS? ¿Qué propiedades ha de tener un material para que pueda clasificarse como material inteligente? Un material inteligente es aquel que posee una o más propiedades que pueden ser modificadas significativamente de manera controlada por un estímulo externo (tales como tensión mecánica, temperatura, humedad, pH o campos eléctricos o magnéticos) de manera reversible. Propiedades: Compatibilidad con el medio ambiente Generan bajo consumo de energía Mejoran la calidad Prolongan la vida útil del producto ¿Y para que tenga memoria de forma? Deben tener la capacidad de cambiar su forma o deformarse de forma controlada al alcanzar cierta temperatura. Ejemplo los metales con efecto de memoria tales como

22 ¿Para qué se utiliza cada uno de ellos? Material piezoelectrico: Uno de los usos más extendidos de este tipo de cristales sucede en los encendedores eléctricos. En su interior llevan un cristal piezoeléctrico al cual golpea bruscamente el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada concentración de carga eléctrica, capaz de crear un arco voltaico o chispa, que enciende el mechero.encendedoresarco voltaicochispamechero Otra aplicación importante de un cristal piezoeléctrico es su utilización como sensor de vibración. Cada una de las variaciones de presión producidas por la vibración provoca un pulso de corriente proporcional a la fuerza ejercida. Fácilmente se ha convertido una vibración mecánica en una señal eléctrica lista para amplificar. Basta conectar un cable eléctrico a cada una de las caras del cristal y enviar esta señal hacia un amplificador. Por ejemplo, en pastillas piezoeléctricas de guitarra.caraspastillas piezoeléctricas Una aplicación adicional muy importante de la piezoelectricidad, pero en este caso al revés, sucede en los inyectores de combustible de los motores de combustión interna. Al aplicarse una diferencia de potencial a un material piezoeléctrico se consigue abrir el inyector, lo cual permite al combustible, a muy alta presión, entrar en el cilindro. El uso de inyectores piezoeléctricos posibilita controlar, con enorme precisión, los tiempos de inyección y la cantidad de combustible que se introduce en el motor. Ello redunda en mejoras en consumo, prestaciones y rendimiento de los motores.inyectoresmotores de combustión internacombustiblecilindro Materiales Los polímeros piezoeléctricos se utilizan en prótesis e implantes en extremidades del cuerpo humano

23 4. EXPLICA CÓMO SE OBTIENE UN MATERIAL HÍBRIDO Y QUÉ DIFERENCIAS EXISTEN ENTRE ESTE TIPO DE MATERIALES Y LAS ALEACIONES. Se llaman materiales híbridos a aquellos compuestos por materiales de distinta naturaleza, por ejemplo, orgánica e inorgánica. Las propiedades que presentan son superiores a las de sus componentes por separados. Suelen estar compuestos por un material base, llamado matriz, al que se añaden algunos tipos de fibras : la matriz proporciona estabilidad a las fibras, dando solidez al conjunto y las fibras aportan una mayor flexibilidad. Ejemplo de este tipo de materiales son la fibra de carbono y el kevlar. fibra de carbono kevlar La diferencia es: Las Aleaciones son una combinación de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos metálicos. Materiales híbridos son aquellos compuestos por materiales de distinta naturaleza,

24 5. INDICA EN QUÉ CONSISTEN LAS PROPIEDADES SEMICONDUCTORAS DEL SILICIO Y SUS PRINCIPALES APLICACIONES. COMO MATERIAL REFRACTARIO, SE USA EN CERÁMICAS, VIDRIADOS Y ESMALTADOS. COMO ELEMENTO FERTILIZANTE EN FORMA DE MINERAL PRIMARIO RICO EN SILICIO, PARA LA AGRICULTURA. COMO ELEMENTO DE ALEACIÓN EN FUNDICIONES. FABRICACIÓN DE VIDRIO PARA VENTANAS Y AISLANTES. EL CARBURO DE SILICIO ES UNO DE LOS ABRASIVOS MÁS IMPORTANTES. SE USA EN LÁSERES PARA OBTENER UNA LUZ CON UNA LONGITUD DE ONDA DE 456 NM. LA SILICONA SE USA EN MEDICINA EN IMPLANTES DE SENO Y LENTES DE CONTACTO. 6. INDICA LAS CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DEL COLTÁN. QUE ES UN MINERAL CAPAZ DE SOPORTAR ALTAS TEMPERATURAS, GRAN CAPACIDAD PARA ALMACENAR CARGAS ELÉCTRICAS, ALTA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN Y AL DESGASTE Y UN 80% MEJOR CONDUCTOR QUE EL COBRE. INTERESA LA MINIATURIZACIÓN EN LOS TELÉFONOS MÓVILES, SINO EN CASI TODOS LOS APARATOS COMO ELEMENTOS DE INFORMÁTICA, CONSOLAS DE VIDEO JUEGOS, IPODS, MICROPROCESADORES, SATÉLITES, GPS, CÁMARAS DIGITALES, RELOJES, RECTIFICADORES DE CIRCUITOS DE BAJO VOLTAJE, ETC. TODOS ESTOS APARATOS TAMBIÉN SUELEN LLEVAR EN SU INTERIOR CONDENSADORES DE TANTALIO.