Industrias Químicas

Nuevos Materiales y sus características

tecnologia- nuevos materiales

Una de las singularidades de los tiempos que corren hoy en día es el descubrimiento y re-descubrimiento de nuevos materiales con aplicaciones tan variadas y con posibilidades tecnológicas tan increíbles que en un pasado inmediato solo nos atrevíamos a soñar con dichas aplicaciones o reflejarlas en obras de ciencia ficción.

El desarrollo tecnológico permite adaptarnos a nuestro entorno a través del diseño y creación de bienes y servicios que nos facilitan satisfacer las necesidades básicas y nuestros deseos.

En este artículo veremos el progreso tecnológico de materiales tan variados con aplicaciones tan diversas como los materiales cromoactivos, CZTS, elastómetros avanzados, caucho nitrilo-butadieno carboxilado (XNBR), espuma de titanio y seda de araña.

Los materiales cromoactivos están caracterizados por cambiar de color reversiblemente cuando reciben un estímulo externo, dicha característica de cambio de color es fácilmente observada directamente por un observador o mediante el uso de aparatos espectométricos. Esta señal visual produce un cambio en las propiedades ópticas de dichos materiales, lo que adquiere importancia al ser manejada como elemento de transmisión de información que será útil para el observador.

La clasificación de materiales cromoactivos está dada por tipo de estímulo que provoca el cambio de color. Así tenemos a los materiales fotocrómicos que cambian de color cuando inciden sobre ellos algún tipo de luz ya sea solar o artificial. Sus aplicaciones varían desde el uso en publicidad, el diseño de ropa y zapatos hasta la  fabricación de lentes.

Los materiales termocrómicos son capaces de cambiar de color cuando se verifica una variación de temperatura, en otras palabras son materiales que dependen de la temperatura para que surja un cambio en sus propiedades ópticas. De igual manera esta propiedad tiene interesantes y variados usos, uno de los de mayor impacto tecnológico sería el empleo de este tipo de materiales como sensores de fibra óptica. Otros usos son la señalización de alimentos en la cadena de frío, señalizaciones de seguridad como tuberías y conducciones, el uso en la loza de la cocina (tazas, jarros, etc) e incluso en juguetería.

La producción o en este caso captación de la energía solar se torna sumamente importante en un mundo donde se necesita cada vez mayor cantidad de energía que además tiene que ser amigable con el medio ambiente. El estudio de nuevos materiales usados en la fabricación de celdas solares de película delgada han revelado que el compuesto cuaternario Cu2ZnTiS2 (CZTS) tiene propiedades fotovoltaicas y de semiconductor similares al material convencionalmente usado CIGS (CuInxGa1-xS(Se)2) con la ventaja de que los elementos precursores carecen de toxicidad, se encuentran en abundancia en la naturaleza y son de bajo costo.

Compuestos similares como Cu2SnS3 usado como precursor del semiconductor kerestita, el Cu2ZnTiSe4, el Cu2ZnSnS4 están ayudando a reemplazar a materiales compuestos por cadmio e indio (CIGS) y solucionando el problema de alta toxicidad del cadmio y la pobre disponibilidad de indio en la naturaleza.

Los elastómetros son materiales que tienen la propiedad de tener un comportamiento elástico y flexible que ante la aplicación de una carga demuestran una alta elongación antes de romperse o fracturarse. Las aplicaciones de tales compuestos son variadas desde la fabricación de suelas de zapatos, ruedas o neumáticos de vehículos, trajes de buceo, correas industriales, aislamiento de cables, lubricantes, moldes e incluso prótesis médicas.

El estudio de materiales elastómetros avanzados como: elastómetros termoplásticos, magnetoreológicos, dieléctricos, iónicos (con memoria de forma) y polímeros que cambian de forma según su grado de sensibilidad a la luz; revelan propiedades que al ser utilizados en diversos campos facilitan de sobremanera las actividades relacionadas con dicho uso.

El caucho nitrilo-butadieno carboxilado (XNBR) revela grandes ventajas sobre el caucho natural (NR), el tiempo de inducción (scorch time) y el tiempo de curado se reducen con en la fabricación de este nuevo material, sin embargo la resistencia a la tracción y a la rotura decrece, este problema encuentra una solución al introducir compatibilizadores duales MAPI/EPX. El uso de este material ha mejorado los guantes de protección en la seguridad industrial, los materiales de amortiguamiento y otras aplicaciones.

La espuma de titanio es un material de estructura porosa que posee gran fuerza, la compatibilidad con el cuerpo humano ha permitido que su principal uso sea el de sustituir a los obsoletos implantes ortopédicos de titanio. Se obtiene mezclando un fino polvo de titanio con espuma de poliuretano, obteniendo un material poroso que permite a los vasos sanguíneos y las células formar parte del implante así como lo hacen los huesos.

Tiene un peso más ligero que el agua y su flexibilidad se combina con una alta resistencia mecánica y rigidez. Ofrece la ventaja de favorecer y estimular el crecimiento de vasos sanguíneos y material óseo dentro del implante generándose un hueso parte metálico y parte orgánico, al ser usado para la reparación de una fractura no provoca ninguna obstrucción y se está experimentando para aplicaciones dentales.

En la fabricación de barcos podría ofrecer una resistencia superior a choques deformándose antes de romperse y el peso sería 30% menor utilizando un casco de espuma de titanio.

La seda de araña está compuesta por un complejo de proteínas denominadas espirodrinas que tienen características bastante apreciables. Son tres veces más resistentes que el kevlar (material con el que se fabrica los chalecos antibala), aguanta tres veces más tensión que el acero, es compatible con el ser humano por lo que podría ser usado en sustitución de los tendones además de poseer propiedades antibacterianas, por último ofrece una conductividad térmica similar a la del cobre teniendo una densidad casi tres veces menor que el mismo.

El problema surge cuando se quiere obtener las cantidades necesarias para poder usarla comercialmente, las arañas tienen una naturaleza territorial y caníbal por lo que no pueden ser criadas en granjas. Lo cual obliga a las compañías interesadas a tratar de sintetizar la proteína usando diferentes métodos.

La principal metodología para obtener artificialmente el complejo de proteínas es el uso de especies transgénicas, tal metodología inserta los genes de las arañas que competen a las características de la seda a otras especies como la cabra (en las que se obtienen las espirodrinas a través de la leche), organismos bacterianos (Escherichia coli) y gusanos de seda.

Actualmente las espirodrinas son utlilizadas en la industria cosmética ofreciendo productos con ventajas para la piel y el cabello. Aprovechando la característica antiséptica se están fabricando productos para heridas. Los usos potenciales son: la fabricación de vestimenta antibalas, implantes musculares y de tendones artificiales, botellas biodegradables, hilos de sutura, paracaídas, etc.

Fuente: Revista Virtual Pro
Imagen: “Fullerene Nanogears – GPN-2000-001535” by NASA – Great Images in NASA Description. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons.

Deja un Comentario

Click aquí para comentar

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.