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          UNIVERSIDAD AUTONOMA DE AGUASCALIENTES
                 CENTRO DE CIENCIAS BÁSICAS
                  DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
                    ACADEMIA DE QUÍMICA

                  QUÍMICA DE MATERIALES
                        INGENIERO EN ROBÓTICA
     Semestre: 1°           Periodo: Agosto-Diciembre de 2012.

    LAQB ALEJANDRA MEDINA FIGUEROA




         TAREA TERCER PARCIAL (ENTREGA DIA DE EXAMEN)
   EQUIPOS (5 personas)

      INVESTIGAR 5
       MATERIALES
          Metales
        Cerámicas
                                                CONTENIDO
        Polímeros
                                                   Portada
        Materiales
                                             Introducción sobre
         compuestos
                                          importancia de los materiales
     Semiconductores
                                                 en la Robótica.
      Biomateriales
                                          Desarrollo de investigación
      Materiales de
                                            Discusión (Personal)
        nanoingenieria
                                            Conclusión (Personal)
     Organometálicos
                                                 Bibliografía




• Características generales del
            material.
  • Aplicación en Robótica




                                                                                  1
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«Ciencia que estudia las relaciones entre la estructura y
 las propiedades de los materiales, desarrolla procesos
de síntesis para la fabricación de materiales funcionales
  y estructurales, además evalúa las aplicaciones de los
                 materiales generados».

   Área multidisciplinaria: química, física, biología e
                       ingeniería




                                                                    2
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            Los materiales están formados por elementos,
            con una composición y estructura única y que
              además, pueden ser usados con algún fin
                              específico

             Tienen una estructura determinada y única,…
                 ¿Qué pasa si este acomodo cambia?


            Deben de tener un uso específico, si no es así,
           entonces se les denomina únicamente sustancias.
              Ejemplo: Agua (sustancia) y hielo (material)




BÁSICA                 Metales
                      Cerámicas
                      Polímeros
                Materiales compuestos



AVANZADA             Semiconductores
                       Biomateriales
                 Materiales de la Nanoingeniería



Química de los organometálicos




                                                                      3
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  Gran número de electrones deslocalizados.
  Sólidos a TA (excepto Hg).
  Conductores de calor y electricidad.
  Tienen brillo característico.
  Son resistentes       Utilización en
                        aplicaciones
  Deformables           estructurales




     Figura 1: Comportamiento metálico de los elementos químicos
           • Metales reactivos aumenta de arriba hacia abajo.
• En los otros metales incluyendo a los de transición, aumenta de derecha
                                a izquierda.




                                                                                    4
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                         No se encuentran en la Naturaleza en estado puro (Au y Ag).

                  Forman minerales en combinación con otros elementos como O ó S.




             EXTRACCIÓN DE LA                                                                    METALURGIA
                                                    PRIMERA SELECCIÓN
                     GANGA                                                                         Conjunto
                                                         eliminar las
             (mezcla de mineral con                                                        de procesos para obtener
           tierra, rocas e impurezas)               impurezas y obtener el
                                                                                            el metal neto, con una
               de los yacimientos                   mineral limpio, o mena.
                                                                                           pureza de hasta 99,99%
                                                       ESTAÑO




                                                                                                       HIERRO
                                                                                PLOMO
ALUMINIO




                             COBRE




             • Metal de              • Metal de                  • Metal de               • Metal               • Metal más
             color claro y                color                      color                 pesado.                abundante
               brillante.                rojizo.                    blanco              • Blando y               en la tierra.
               • Ligero               • Blando.                    grisáceo.               de color             • Metal duro
           • Resistente a               • Buen                   • Blando y                  gris.                  de color
             la corrosión.            conductor                      poco                  • Mal                   plateado.
           • Muy blando                térmico y                  resistente.            conductor                  • Alta
                 (poca                 eléctrico.               • Resistente              térmico y               resistencia
              resistencia
                                     • Se suele                       a la                eléctrico.              mecánica.
              mecánica).
                                         soldar                   corrosión.            • Usado en               • Mediocre
                • Buen
              conductor               fácilmente                    • Mal                 tuberías,               conductor
                térmico              con estaño.                  conductor             material de               eléctrico y
            • Moderado                  • Baja                    eléctrico y            soldadura                 térmico.
              conductor               resistencia                  térmico.                blanda.
               eléctrico              mecánica.                    • Usado               • Baterías
                                                                  como hilo              eléctricas.
                                                                 para soldar.




                                                                                                                                         5
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Figura 2: Clasificación de aleaciones férreas




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      Aleaciones hierro-carbono con concentraciones apreciables de
                        otros elementos aleantes.
        Existen miles con distintas composiciones y/o tratamientos
                                  térmicos.
    Las propiedades mecánicas dependen del contenido de C, < al 1%.




                         BAJOS EN CARBONO
Contiene < 0.25% C.
Son relativamente blancos y poco resistentes.
Extraordinaria ductilidad, tenacidad, soldables y baratos.
Utilizados: fabricar carrocerías de automóviles, vigas y láminas para
construir tuberías, edificios, puentes y latas.


                                MEDIOS EN CARBONO
       Contienen entre 0.25 y 0.6 % de C.
       Son más resistentes que los aceros bajos en C, pero menos dúctiles y
       tenaces.
       Utilizados: fabricar ruedas, rieles de trenes, engranajes, cigüeñales.
       Poseen alta resistencia mecánica al desgaste y tenacidad.

                                            ALTOS EN CARBONO
                   Contienen entre 0.60 y 1.4% C
                   Son más duros, resistentes y menos dúctiles que los otros aceros al C.
                   Contienen generalmente: cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno.
                   Utilizados: herramientas de corte y matrices para hechurar materiales,
                   así como cuchillos, navajas, hojas de sierra, muelles e hilos de alta
                   resistencia.




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          Resisten la corrosión (herrumbre).
          El Cromo es el principal elemento de aleación en [ ] mínima 11 %.
          La resistencia a la corrosión mejora con adiciones de níquel y
          molibdeno.




           • Conductores de calor y electricidad.
           • Forman parte de aparatos de medida eléctrica y barométrica.
           • Ejemplos: bronce y aleaciones Cu-Be
Base Cu


           • Materiales ligeros, muy flexibles y de baja corrosión.
           • Usados en enlatado de alimentos, manufactura de todo tipo de piezas
Base Al      (automóviles y aviones).



           • Menos densas que el acero.
           • Baja corrosión.
Base Ti    • Usados en industria aeronáutica y aeroespacial




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           FUNDICIONES                                             LATÓN
 Aleaciones base hierro [ c ] > 1,7%.                  Aleación base cobre y cinc.
Tienen resistencia mecánica baja pero                 Es inoxidable, buen conductor
       son inoxidables y no se                        eléctrico, y poseen resistencia
             magnetizan.                                         mecánica.
                                                     Color amarillo claro similar al oro.
                                                     Usado en conexiones eléctricas.



                                                                 DURALUMINIO
                  BRONCE                             Aleación ligera base aluminio y cobre.
         Aleación de cobre y estaño.                 Propiedades: poco peso, resistencia a
      Buen conductor, metal muy duro y             Corrosión, dureza y resistencia mecánica
                  resistente.                                  cercanas al acero.
Usado en contactos eléctricos, aleado con         Utilizado para fabricar partes de motores de
silicio (conductividad) y fósforo (resistente)                     automóvil y
                                                             estructuras de aviación.




                             «Es una disciplina que combina todas aquellas actividades
                           relacionados con el estudio, diseño, construcción, operación y
                                               mantención de robots».
                         Combina diferentes disciplinas como Ingeniería Eléctrica, Ingeniería
                         Electrónica, Ingeniería Mecánica, Ciencias de la Computación, Matemáticas,
                         Física, Biología, Neurociencias, etc.




                          «Es un dispositivo reprogramable y multifuncional
                            diseñado para existir en el mundo físico y que
                          autónomamente sensa su medio ambiente y actúa
                                               sobre él»




                                                                                                              9
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                       Importancia.
                        Aplicación.
                 Formando parte de un robot.




    Compuestos químicos sólidos inorgánicos, constituidos
         por elementos metálicos y no metálicos.

                       Características:
Debido a sus enlaces iónicos y covalentes:
  Son duros, frágiles.
  Baja conductividad eléctrica y térmica.
  Son buenos aislantes , debido a la falta de electrones
  conductores.
  A T° ↑ y ambientes agresivos: más resistentes que
  metales y polímeros.




                                                                   10
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                                                           Tecnologías donde se aplican:
TRADICIONALES




                                               CERÁMICAS
                                                TÉCNICAS
                                                               Aeroespacial : ligeros,
                Productos usuales:                         resistencia mecánica y térmica
                                                                  (motores, aviones,
                     Cerámicas de mesa,                     revestimientos de lanzadera
                 pavimentos y revestimientos                          espacial).
                          Sanitarios                         Automatismo : Sensores,
                         Refractarios                           componentes de alta
                                                                     temperatura
                    Porcelanas (aislantes
                        decorativas).                         Óptica/Fotónica : Fibras
                                                            ópticas, amplificadores laser,
                                                                        lentes.
                                                           Electrónica : Condensadores,
                                                           sustratos de circuito integrado,
                                                                       aislantes.
                                                                 Energía : Celdas de
                                                                 combustible sólidas,
                                                                 combustible nuclear




                                                                                                     11
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             Electrónica



             Magnetismo               Blindajes



                                       Energía
               Óptica
                                     refractaria.




 FUNCIÓN                          APLICACIÓN
ELÉCTRICOS        Óxidos conductores        Súper conductores.
                    Aisladores                Electroópticos
MAGNÉTICOS            Tarjetas de crédito      Ferrofluidos
                        Inductores               Imanes
 ÓPTICOS                Fibras ópticas             Vidrios
                           Láser                Iluminación
AUTOMOTRIZ                    Sensores de oxígeno.
                              Celdas de combustible
 QUÍMICO        Catalizador           Filtración de aire y líquidos
                 Sensores                      Pinturas
BIOMÉDICOS                         Prótesis
                                 Odontológicos
  OTROS                            Sensores
                   Materiales para procesamiento de metales




                                                                             12
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         MATERIAL                                      USO
   Nitruro de silicio (Si3N4)                  Polvo abrasivo
   Carburo de boro (B4C)             Helicópteros y cubiertas de tanques
   Carburo de silicio (SiC)        Hornos microondas, en abrasivos y como
                                             material refractario
Diboruro de magnesio (MgB2),        Es un superconductor no convencional.
       Ferrita (Fe3O4)             Utilizado en núcleos de transformadores
                                    magnéticos y en núcleos de memorias
                                                 magnéticas.

           Esteatita                 Utilizada como un aislante eléctrico.
    Óxido de itrio, bario y          Superconductor de alta temperatura.
    cobre (YBa2Cu3O7),




                               Importancia.
                                Aplicación.
                         Formando parte de un robot.




                                                                                    13
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          Compuestos orgánicos, basados en C, H y otros
                   elementos no metálicos.

     Características:
        Materiales que van desde los plásticos al caucho.
        Gran longitud de las estructuras moleculares.
        Poseen densidades bajas
        Extraordinaria flexibilidad




 Los Materiales poliméricos están basados en grandes moléculas con
  enlaces covalentes y formados por la unión de muchas unidades
  simples (monómero).

 Sus antecesores se puede considerar que son las macromoléculas
  presentes en organismos, y se pueden enumerar ejemplos como el
  caucho, lana, algodón, etc.

 Biomoléculas/biopolímeros (naturales) son los ácidos nucleicos,
    proteínas, lípidos y polisacáridos.
         Las unidades de construcción de esos polímeros naturales son
los nucleótidos, aminoácidos, ácidos grasos y los azúcares.




                                                                               14
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Figura 1: Clasificación de polímeros




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            Figura 2: Estructura de diferentes polímeros




Las aplicaciones de los polímeros son muy amplias y por ende siguen la
                 siguiente clasificación para su estudio.


                           Termoplásticos




                             POLÍMEROS



            Plásticos
                                               Elastómeros
         termoestables




                                                                                16
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   POLIMERO                  CARACTERISTICAS                                APLICACIONES
                             Químicamente resistente,
  POLIETANO (PE)      Eléctricamente aislante, Blandos, Baja         Contenedores, aislante eléctrico,
                     resistencia mecánica, Poca resistencia a   artículos para el hogar, botellas, juguetes
                          degradación medioambiental.
   CLORURO DE                                                      Tuberías y canalones, Tapizados de
 POLIVINILO (PVC)                    Baratos                      muebles y coches. Revestimiento de
                                                                            cables eléctricos.
                       Resistencia a la distorsión térmica.              Productos para el hogar
POLIPROPILENO (PP)            Químicamente inerte                            Partes de coches
                              Relativamente barato                     Electrodomésticos, Botellas

                       Excelentes propiedades eléctricas             Recubrimiento de interior de
POLIESTIRENO (PS)         Buena estabilidad térmica                 automóviles, Aislantes térmicos
                          Relativamente económico                   Utensilios de cocina en general
                       Extraordinaria resistencia química           Pantallas de seguridad, Cascos ,
 POLICARBONATOS        Gran resistencia al impacto y alta       Engranajes, CD, Equipamiento luminoso
       (PC)                        ductilidad                                 para tráfico
                      Extraordinaria transmisión de la luz,
POLIACRILONITRILO      Gran resistencia a la degradación                   Ventanas de avión
      (PAN)           ambiental, Propiedades mecánicas
                                  mediocres




         POLIMERO                      CARACTERISTICAS                         APLICACIONES
                                    Excelentes propiedades               Neumáticos, resinas de
        POLIESTERES                        eléctricas                     envase, conectores,
                                            Baratos                           enchufes.
                                        Buena estabilidad              Suelas de zapatos, partes
       POLIURETANO                          térmica                        de coches, fibras,
                                                                               espumas.
                                                                           Encapsulamiento de
       RESINAS EPOXI               Excelentes propiedades                       materiales
                                   mecánicas y resistencia a                semiconductores,
                                         la corrosión                       recubrimiento de
                                                                               neumáticos.




                                                                                                                     17
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                          Conocidos como gomas por su capacidad de
                           sufrir un gran alargamiento elástico que se
                                   recupera si cesa el esfuerzo



  POLIMERO                       CARACTERISTICAS                          APLICACIONES
CAUCHO NATURAL                 Alta resistencia al desgaste            Neumáticos para coches
 (cis-poliisopreno)
CAUCHO ESTIRENO-           Caucho sintético más importante.                  Neumáticos
 BUTADIENO (SBR)            Muy alta resistencia al desgaste.
                         Pueden absorber disolventes orgánicos
                                   (aceite-gasolina)
CAUCHO DE NITRILO                    Alta resistencia,                      Mangueras para
     (NBR)                           pero más caros                    distribución de gasolina y
                                                                                 aceite.
   CAUCHO DE          Resistencia a degradación medio ambiental,       Recubrimiento de cables,
POLICLOROPRENO                   resistencia a la llama.                tanques para productos
  (NEOPRENO)                                                                  químicos.
   CAUCHO DE          Resistencia a la temperatura, poca resistencia      Aislantes eléctricos
   SILILICONA          mecánica, excelentes propiedades aislantes




          Mezcla de varios polímeros para mejorar las propiedades las cuales se
                    combinan y se rebajan los costos de producción

                ABS/PC, ABS/PVC, PC/PE, PC/PBT o PBT/PET.




                        Como adhesivos o pegamentos.
  Hay varios tipos de adhesivos que se pueden elegir en función de la
  temperatura de trabajo, tiempo de curado, resistencia que se requiere, etc.




                                                                                                           18
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                              Importancia.
                               Aplicación.
                        Formando parte de un robot.




 Resultado de la combinación de
    dos tipos de materiales:
  Metal-metal, metal-cerámico,
   metal-polímero, polímero-
 cerámico, polímero-polímero y
       cerámico-cerámico.

   Se encuentran en diferente
     porcentaje, la fase que se
encuentra en mayor proporción la           Figura 1: Esquema de un material
                                         compuesto en donde se identifica n la
 matriz o fase continua, mientras                  matriz y refuerzo.
  que la fase que se de menor
    proporción se le denomina
   refuerzo o fase discontinúa.




                                                                                        19
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                                  FUNCIONES              • Soporta las fibras
  • Fase continua en la                                    manteniéndolas en su
  que el refuerzo queda                                    posición correcta.
       “embebido”.          • Definir las propiedades    • Transfiere la carga a las
• Materiales metálicos,         físicas y químicas.        fibras fuertes.
   cerámicos o resinas      • Transmitir las cargas al   • Las protege de sufrir
 orgánicas cumplen con               refuerzo.             daños durante su
        este papel.                                        manufactura y uso.
                            • Protegerlo y brindarle
• No es tan rígido ni tan            cohesión.           • Evita propagación de
    resistente como el                                     grietas e las firas
                            • Control principal de las
  material de refuerzo.
                              propiedades eléctricas,
                            comportamiento químico
          QUE ES?            y el uso a temperaturas
                                     elevadas.                 PROPIEDADES




                                                                                              20
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                                                • Fibra de vidrio: brinda una
                                                  extraordinaria fuerza y resistencia
                                                  al impacto.
                          FUNCIONES
• Fase discontinua                              • Fibra de carbono: muy utilizado
 (dispersa) que se                                en la industria aeronáutica para
 agrega a la matriz       • Incrementa la         disminuir peso de aviones
   para conferir al     resistencia y rigidez     (elevado costo).
compuesto alguna              mecánicas
propiedad que esta           • Mejora el
     no posee.                                  • Fibras orgánicas: ropa de
                         comportamiento a         protección, chalecos antibalas,
                      altas temperaturas o la     productos de fricción,
                           resistencia a la       reforzamiento de elastómeros.
     QUE ES?                   abrasión           Cables, cuerdas y telas de velas de
                                                  barcos.

                                                • Fibras naturales: económicas y
                                                  mejor impacto medioambiental.

                                                                  EJEMPLOS




                                                                                               21
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                            CARACTERISTICAS

                            • Si es débil, la
• Región de contacto     transferencia de carga
  entre la matriz y el        de la matriz al
       refuerzo.             refuerzo no será
                          eficiente, y producirá
                            rotura de la pieza.
         QUE ES?




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                                  Interacción entre la matriz y las
                                        partículas a un nivel
                                           macroscópico.


                   Grandes              Ejemplo: Hormigón
                                     Partículas: arena o grava
                                   Matriz: cerámica compuesto
  Materiales                        por silicatos y aluminatos
                                            hidratados.
 compuestos
reforzados con
   partículas    Consolidados
                 por dispersión    Las partículas poseen de 10 a
                                       250 nm de diámetro.
                                  Ejemplos: contactos eléctricos,
                                        rejillas para baterías,
                                    filamentos de calentadores.




                                                                             23
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               Mejor resistencia a la fatiga

                            Mejor rigidez

Mejor relación resistencia-peso, al incorporar fibras resistentes y rígidas




                                                                                     24
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                              Paneles unidos entre si por
                             algún tipo de adhesivo u otra
                                         unión.
                Laminares   Generalmente cada lámina está
                                reforzada con fibras.
                            Ejemplos: madera contrapada.

Compuestos
estructurales
                               Dos láminas exteriores de
                Sándwich     elevada dureza y resistencia
                            (plásticos reforzados, aluminio
                             o titanio), separados por un
                                material denso y menos
                            resistente (polímeros, cauchos
                                      sintéticos…)
                               Usados en construcción,
                                industria eronautica.




                                                                     25
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                 Importancia.
                  Aplicación.
           Formando parte de un robot.




AVANZADA         Semiconductores
                   Biomateriales
             Materiales de la Nanoingeniería




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     Tienen propiedades eléctricas intermedias entre los
            conductores y los aislantes eléctricos.


   Todos los semiconductores se caracterizan porque en su
   capa de valencia de su estructura atómica poseen cuatro
                          electrones.

   Posibilitan la fabricación de los circuitos integrados que han
      revolucionado, en las últimas décadas, las industrias
                    electrónica y de ordenadores .




 AISLANTES         • Se comportan de esta forma al estar
                       expuestos a bajas temperaturas.




CONDUCTORES        • Se comportan de esta forma al estar
                       expuestos a altas temperaturas.




                                                                           28
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             CLASIFICACIÓN DE
            SEMICONDUCTORES



                     Semiconductores intrínsecos
                El comportamiento eléctricos se basa en
                  la estructura electrónica del material
                                   puro

                    Semiconductores extrínsecos
                  Cuando las características eléctricas
                   están determinadas por átomos de
                               impureza
                                     CARACTERISTICA
QUE ES???




            Es un semiconductor                        Hay flujos de electrones
                                                        y huecos, aunque la
                    puro.                             corriente total resultante
              A T°A se comporta                                sea cero.
               como un aislante                          Hay tanto electrones
              porque solo tiene                       libres y huecos por pares,
            unos pocos electrones                          por lo tanto hay
                libres y huecos                         electrones libres como
             debidos a la energía                        huecos con lo que la
                                                        corriente total es cero.
                    térmica.




                                                                                          29
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                      Forman
                    estructuras
                     cristalinas

                    No permite el
                     movimiento
                    de e- a través
                    de sus bandas
                     de energía
   ↑ T°, algún
                                          T°A, el
enlace covalente
                                     semiconductor
   se rompe y
                                       es aislante…
queda libre un e-
                                       todos los e-
para moverse en
                                     están formando
  la estructura
                                         enlaces
    cristalina




                                                             30
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                                                             Impurezas =
                                       Formados al             dopantes.
                                     añadir pequeñas          Tendremos
                                      cantidades de        semiconductores
                                        impurezas          dopados tipo p o
                                                                 tipo n




                                              Objetivo de dopaje:
                                                  modificar su
                                           comportamiento eléctrico al
                                             alterar la densidad de
                                            portadores de carga libre




Semiconductores dopados (Silicio)

                   Tipo p
          Elementos del grupo IIIA


                   Tipo n
           Elementos del grupo VA




                                                                                     31
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         Tipo p


Tipo n




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    Silicio (Si)                    Germanio (Ge)
 Resistividad eléctrica a T°A, es
   intermedia entre la de los
     metales y los aislantes          Buena resistencia y
   Conductividad, controlada        conductividad térmica y
agregando pequeñas cantidades              eléctrica
        de impurezas



Usado para hacer los núcleos de
 los transformadores eléctricos        Usado en diodos
             (acero).                  emisores de luz
Dióxido de silicio usado en todos
         los transitores




                                                                     33
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                                Importancia.
                                 Aplicación.
                          Formando parte de un robot.




    “Instrumento, aparato, implemento, máquina,
  implante, reactivo in vitro u otro artículo similar o
  relacionado, incluyendo un componente, parte, o
     accesorio lo cual es reconocido por la FDA, o
 cualquier suplemento para ellos, destinado para el
    uso en el diagnóstico de enfermedades u otras
 condiciones, o en la cura, mitigación, tratamiento o
 prevención de enfermedades, en el hombre u otros
  animales, o destinado para afectar la estructura o
cualquier función del cuerpo humano o de animales,
     y el que no alcanza alguno de sus propósitos
  primarios a través de la acción química dentro del
     cuerpo del hombre o animales y el que no es
  dependiente de ser metabolizado para el logro de
        cualquiera de sus propósitos primarios”

      FDA (Food and Drug Administration EEUU)




                                                                 34
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Aquellos que cumplen con una función específica en los sistemas
modernos, eléctricos, electrónicos, ópticos, mecánicos, sensores y
                 también en el cuerpo humano.

  Los biomateriales son, por excelencia, materiales funcionales.




                                                                            35
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              Cualquier material que tiene una aplicación biomédica.



                Material                       Uso                  Aplicación

                                                                    Tratamiento de una
                                                                          lesión

                                              Terapéutico

                                                                    Tratamiento de una
                                                                        enfermedad
                 Biomaterial

                                                                        Parte de un
                                                                       sistema para
                                              Diagnóstico
                                                                      identificar una
                                                                       enfermedad




                                   Tener
                                                               Tiempo
                                resistencia
                                                               de fatiga
Biocompatible                    mecánica
                                                              adecuado.
                                 adecuada




                                                            Tener densidad
  No tóxico                                                     y peso
                               Químicamente
                                                              adecuados
      No                          estable
 carcinógeno



                                                              Diseño de
                                                              ingeniería
                                                                                         Barato
                                                               perfecto.




                                                                                                         36
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          BIOTOLERADOS
   Son tolerados por el huésped



              BIOINERTES
 No desencadenan una respuesta local
           en el huésped


                   BIOACTIVOS
      Aquellos que inducen una respuesta
            deseada en el huésped




                BIOMATERIALES




  ARTIFICIALES O                NATURALES O
   BIOMÉDICOS                   BIOLÓGICOS




       Metales
      Cerámicas                  Proteínas
      Polímeros                 Polisacáridos
Materiales compuestos




                                                       37
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                      Remplazo de
                     partes dañadas,
                       enfermas o
                        faltantes




  Para mejorar
   funciones:                              Asistir en
                     BIOMATERIALES     cicatrizaciones y
Marcapasos, lentes                        curaciones
 de contacto, etc.




                      Correcciones
                       estéticas.




                                                                  38
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       39
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          Importancia.
           Aplicación.
    Formando parte de un robot.




El prefijo nano quiere decir 10-9 es decir, una milmillonésima
                     (0.000000001) parte.

Un nanómetro (nm) es una milmillonésima parte de un metro




                                                                        40
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       Diseño, fabricación y aplicación de nanoestructuras o nanomateriales y el
     conocimiento de las relaciones entre las propiedades o fenómenos físicos y las
                               dimensiones del material.

   Hace referencia a las actividades científicas y tecnológicas llevadas a cabo a escala
 atómica y molecular, a los principios científicos y a las nuevas propiedades que pueden
           comprenderse y controlarse cuando se interviene a dicha escala.




                        Se consideran dos vías de trabajo:
1. Miniaturización de los microsistemas = enfoque de arriba abajo o top-down.
2. Imitar a la naturaleza, desarrollo de estructuras a partir de niveles atómicos
   y molecular = enfoque de abajo arriba o bottom-up.




                                                                                                  41
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                             Ciencia de
                                los
                             materiales
          Fabricación de
         instrumentos a
                                               Medicina
              escala
           nanométrica

                           Nanotecnología


                                              Producción y
            Industria
                                            almacenamiento
           alimenticia
                                               de energía

                            Tecnologías
                                de la
                            información




 Acceder a nanoestructuras de fases metaestables con propiedades
  tales como superconductividad o magnetismo.

 Creación de instrumentos miniaturizados: sensores biológicos que
  alerten de enfermedades en estadios tempranos.

 Nanorobots: que puedan reparar un daño interno y remover toxinas
  de nuestro organismo.




                                                                            42
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   Son una nueva clase de materiales (sean cerámicos, metales,
      semiconductores, polímeros o materiales compuestos)

Por lo menos una de sus dimensiones se encuentra entre 1 y 100 n.




                                                                           43
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Poseen características superiores a los materiales tradicionales.




  Puede ser cualquier combinación de elementos químicos.



                           Carburos


           Materiales
                                             Óxidos
          compuestos


                        NANOMATERIALES


           Polímeros
                                            Nitruros
           orgánicos

                         Metales y sus
                          aleaciones




                                                                           44
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                  • Creados introduciendo en bajo porcentaje, nanopartículas en un
                    material base llamado matriz.
                  • Ejemplo: nanopolímeros (usados para relleno de grietas en
Nanocomuestos
                    estructuras afectadas por sismos)


                  • Partículas menores a los 100 nm.
                  • ejemplos: nanopartículas de silicato y metálicas (usadas en
Nanopartículas      nanocompuestos poliméricos)



                  • Estructuras tubulares (diámmetro nanométrico).
                  • Los más conocidos son los de silicio y los de carbono.
 Nanotubos




                       • Principalmente de sílica y alúmina.
     Materiales        • Usados para captura de elementos tóxicos ambientales.
    nanoporosos
                        • Recubrimientos con espesores de nanoescala.
                        • Usados en barnices, lubricantes o para endurecer
                          compuestos frágiles
    Nanocapas           • Como protección ante la corrosión.

                       • Materiales biomédicos a escala nanométrica.
                       • Ejemplos: polímeros usados como base para el crecimiento
 Nanoestructuras         de la piel y gomas antimicrobianas.
   biológicas




                                                                                            45
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                           Importancia.
                            Aplicación.
                     Formando parte de un robot.




 Estudia la síntesis, estructura y reactividad de los compuestos
moleculares de elementos metálicos que contienen al menos un
                enlace directo de metal-carbono.

 Metal: no solo elementos metálicos clásicos (alcalinos, alcalino-
térreos y elementos de transición d y f), sino tambíen metaloides.




                                                                            46
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              Compuestos con enlaces entre metal-carbono.
      Tales sustancias no existen en la naturaleza y deben sintetizarse.
 Los metales implicados son los de los grupos principales y los de las series de
                                   transición.
  Recientemente se ha estudiado la química organometálica de los metales
                            lantánidos y actínidos.




                 Interacción de moléculas
                 orgánicas con elementos
                         metálicos


                        Alteración profunda de la estructura
                         y propiedades químicas del mismo




                       Promoción de transformaciones que
                       no se llevarían a cabo en ausencia del
                                        metal.


                            Química Bioorganometálica.
                         Las moléculas organometálicas
                       pueden mostrar actividad biológica y
                       ser útiles como drogas terapéuticas.




                                                                                           47
29/11/2012




         MATERIAL                              APLICACIÓN

      Tetraetilplomo y                 Se añaden a la gasolina como
      Tetrametilplomo            “antidetonantes” para mejorar su calidad
                                            como carburante.
       Organoboranos              Carburantes para propulsión a chorro

Trialquilaluminio y Fenilsodio    Catalizadores en la síntesis polímeros

       Organoestaño                Establilizadores para los plásticos de
                                                   vinilo.




                                                                                   48
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      Importancia.
       Aplicación.
Formando parte de un robot.




                                     49

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Unidad vi química de materiales

  • 1. 29/11/2012 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE AGUASCALIENTES CENTRO DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ACADEMIA DE QUÍMICA QUÍMICA DE MATERIALES INGENIERO EN ROBÓTICA Semestre: 1° Periodo: Agosto-Diciembre de 2012. LAQB ALEJANDRA MEDINA FIGUEROA TAREA TERCER PARCIAL (ENTREGA DIA DE EXAMEN) EQUIPOS (5 personas) INVESTIGAR 5 MATERIALES  Metales  Cerámicas CONTENIDO  Polímeros  Portada  Materiales  Introducción sobre compuestos importancia de los materiales  Semiconductores en la Robótica.  Biomateriales  Desarrollo de investigación  Materiales de  Discusión (Personal) nanoingenieria  Conclusión (Personal)  Organometálicos  Bibliografía • Características generales del material. • Aplicación en Robótica 1
  • 2. 29/11/2012 «Ciencia que estudia las relaciones entre la estructura y las propiedades de los materiales, desarrolla procesos de síntesis para la fabricación de materiales funcionales y estructurales, además evalúa las aplicaciones de los materiales generados». Área multidisciplinaria: química, física, biología e ingeniería 2
  • 3. 29/11/2012 Los materiales están formados por elementos, con una composición y estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin específico Tienen una estructura determinada y única,… ¿Qué pasa si este acomodo cambia? Deben de tener un uso específico, si no es así, entonces se les denomina únicamente sustancias. Ejemplo: Agua (sustancia) y hielo (material) BÁSICA Metales Cerámicas Polímeros Materiales compuestos AVANZADA Semiconductores Biomateriales Materiales de la Nanoingeniería Química de los organometálicos 3
  • 4. 29/11/2012 Gran número de electrones deslocalizados. Sólidos a TA (excepto Hg). Conductores de calor y electricidad. Tienen brillo característico. Son resistentes Utilización en aplicaciones Deformables estructurales Figura 1: Comportamiento metálico de los elementos químicos • Metales reactivos aumenta de arriba hacia abajo. • En los otros metales incluyendo a los de transición, aumenta de derecha a izquierda. 4
  • 5. 29/11/2012 No se encuentran en la Naturaleza en estado puro (Au y Ag). Forman minerales en combinación con otros elementos como O ó S. EXTRACCIÓN DE LA METALURGIA PRIMERA SELECCIÓN GANGA Conjunto eliminar las (mezcla de mineral con de procesos para obtener tierra, rocas e impurezas) impurezas y obtener el el metal neto, con una de los yacimientos mineral limpio, o mena. pureza de hasta 99,99% ESTAÑO HIERRO PLOMO ALUMINIO COBRE • Metal de • Metal de • Metal de • Metal • Metal más color claro y color color pesado. abundante brillante. rojizo. blanco • Blando y en la tierra. • Ligero • Blando. grisáceo. de color • Metal duro • Resistente a • Buen • Blando y gris. de color la corrosión. conductor poco • Mal plateado. • Muy blando térmico y resistente. conductor • Alta (poca eléctrico. • Resistente térmico y resistencia resistencia • Se suele a la eléctrico. mecánica. mecánica). soldar corrosión. • Usado en • Mediocre • Buen conductor fácilmente • Mal tuberías, conductor térmico con estaño. conductor material de eléctrico y • Moderado • Baja eléctrico y soldadura térmico. conductor resistencia térmico. blanda. eléctrico mecánica. • Usado • Baterías como hilo eléctricas. para soldar. 5
  • 6. 29/11/2012 Figura 2: Clasificación de aleaciones férreas 6
  • 7. 29/11/2012 Aleaciones hierro-carbono con concentraciones apreciables de otros elementos aleantes. Existen miles con distintas composiciones y/o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas dependen del contenido de C, < al 1%. BAJOS EN CARBONO Contiene < 0.25% C. Son relativamente blancos y poco resistentes. Extraordinaria ductilidad, tenacidad, soldables y baratos. Utilizados: fabricar carrocerías de automóviles, vigas y láminas para construir tuberías, edificios, puentes y latas. MEDIOS EN CARBONO Contienen entre 0.25 y 0.6 % de C. Son más resistentes que los aceros bajos en C, pero menos dúctiles y tenaces. Utilizados: fabricar ruedas, rieles de trenes, engranajes, cigüeñales. Poseen alta resistencia mecánica al desgaste y tenacidad. ALTOS EN CARBONO Contienen entre 0.60 y 1.4% C Son más duros, resistentes y menos dúctiles que los otros aceros al C. Contienen generalmente: cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. Utilizados: herramientas de corte y matrices para hechurar materiales, así como cuchillos, navajas, hojas de sierra, muelles e hilos de alta resistencia. 7
  • 8. 29/11/2012 Resisten la corrosión (herrumbre). El Cromo es el principal elemento de aleación en [ ] mínima 11 %. La resistencia a la corrosión mejora con adiciones de níquel y molibdeno. • Conductores de calor y electricidad. • Forman parte de aparatos de medida eléctrica y barométrica. • Ejemplos: bronce y aleaciones Cu-Be Base Cu • Materiales ligeros, muy flexibles y de baja corrosión. • Usados en enlatado de alimentos, manufactura de todo tipo de piezas Base Al (automóviles y aviones). • Menos densas que el acero. • Baja corrosión. Base Ti • Usados en industria aeronáutica y aeroespacial 8
  • 9. 29/11/2012 FUNDICIONES LATÓN Aleaciones base hierro [ c ] > 1,7%. Aleación base cobre y cinc. Tienen resistencia mecánica baja pero Es inoxidable, buen conductor son inoxidables y no se eléctrico, y poseen resistencia magnetizan. mecánica. Color amarillo claro similar al oro. Usado en conexiones eléctricas. DURALUMINIO BRONCE Aleación ligera base aluminio y cobre. Aleación de cobre y estaño. Propiedades: poco peso, resistencia a Buen conductor, metal muy duro y Corrosión, dureza y resistencia mecánica resistente. cercanas al acero. Usado en contactos eléctricos, aleado con Utilizado para fabricar partes de motores de silicio (conductividad) y fósforo (resistente) automóvil y estructuras de aviación. «Es una disciplina que combina todas aquellas actividades relacionados con el estudio, diseño, construcción, operación y mantención de robots». Combina diferentes disciplinas como Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería Mecánica, Ciencias de la Computación, Matemáticas, Física, Biología, Neurociencias, etc. «Es un dispositivo reprogramable y multifuncional diseñado para existir en el mundo físico y que autónomamente sensa su medio ambiente y actúa sobre él» 9
  • 10. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. Compuestos químicos sólidos inorgánicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos. Características: Debido a sus enlaces iónicos y covalentes: Son duros, frágiles. Baja conductividad eléctrica y térmica. Son buenos aislantes , debido a la falta de electrones conductores. A T° ↑ y ambientes agresivos: más resistentes que metales y polímeros. 10
  • 11. 29/11/2012 Tecnologías donde se aplican: TRADICIONALES CERÁMICAS TÉCNICAS Aeroespacial : ligeros, Productos usuales: resistencia mecánica y térmica (motores, aviones, Cerámicas de mesa, revestimientos de lanzadera pavimentos y revestimientos espacial). Sanitarios Automatismo : Sensores, Refractarios componentes de alta temperatura Porcelanas (aislantes decorativas). Óptica/Fotónica : Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes. Electrónica : Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes. Energía : Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear 11
  • 12. 29/11/2012 Electrónica Magnetismo Blindajes Energía Óptica refractaria. FUNCIÓN APLICACIÓN ELÉCTRICOS Óxidos conductores Súper conductores. Aisladores Electroópticos MAGNÉTICOS Tarjetas de crédito Ferrofluidos Inductores Imanes ÓPTICOS Fibras ópticas Vidrios Láser Iluminación AUTOMOTRIZ Sensores de oxígeno. Celdas de combustible QUÍMICO Catalizador Filtración de aire y líquidos Sensores Pinturas BIOMÉDICOS Prótesis Odontológicos OTROS Sensores Materiales para procesamiento de metales 12
  • 13. 29/11/2012 MATERIAL USO Nitruro de silicio (Si3N4) Polvo abrasivo Carburo de boro (B4C) Helicópteros y cubiertas de tanques Carburo de silicio (SiC) Hornos microondas, en abrasivos y como material refractario Diboruro de magnesio (MgB2), Es un superconductor no convencional. Ferrita (Fe3O4) Utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas. Esteatita Utilizada como un aislante eléctrico. Óxido de itrio, bario y Superconductor de alta temperatura. cobre (YBa2Cu3O7), Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. 13
  • 14. 29/11/2012 Compuestos orgánicos, basados en C, H y otros elementos no metálicos. Características: Materiales que van desde los plásticos al caucho. Gran longitud de las estructuras moleculares. Poseen densidades bajas Extraordinaria flexibilidad  Los Materiales poliméricos están basados en grandes moléculas con enlaces covalentes y formados por la unión de muchas unidades simples (monómero).  Sus antecesores se puede considerar que son las macromoléculas presentes en organismos, y se pueden enumerar ejemplos como el caucho, lana, algodón, etc.  Biomoléculas/biopolímeros (naturales) son los ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y polisacáridos. Las unidades de construcción de esos polímeros naturales son los nucleótidos, aminoácidos, ácidos grasos y los azúcares. 14
  • 16. 29/11/2012 Figura 2: Estructura de diferentes polímeros Las aplicaciones de los polímeros son muy amplias y por ende siguen la siguiente clasificación para su estudio. Termoplásticos POLÍMEROS Plásticos Elastómeros termoestables 16
  • 17. 29/11/2012 POLIMERO CARACTERISTICAS APLICACIONES Químicamente resistente, POLIETANO (PE) Eléctricamente aislante, Blandos, Baja Contenedores, aislante eléctrico, resistencia mecánica, Poca resistencia a artículos para el hogar, botellas, juguetes degradación medioambiental. CLORURO DE Tuberías y canalones, Tapizados de POLIVINILO (PVC) Baratos muebles y coches. Revestimiento de cables eléctricos. Resistencia a la distorsión térmica. Productos para el hogar POLIPROPILENO (PP) Químicamente inerte Partes de coches Relativamente barato Electrodomésticos, Botellas Excelentes propiedades eléctricas Recubrimiento de interior de POLIESTIRENO (PS) Buena estabilidad térmica automóviles, Aislantes térmicos Relativamente económico Utensilios de cocina en general Extraordinaria resistencia química Pantallas de seguridad, Cascos , POLICARBONATOS Gran resistencia al impacto y alta Engranajes, CD, Equipamiento luminoso (PC) ductilidad para tráfico Extraordinaria transmisión de la luz, POLIACRILONITRILO Gran resistencia a la degradación Ventanas de avión (PAN) ambiental, Propiedades mecánicas mediocres POLIMERO CARACTERISTICAS APLICACIONES Excelentes propiedades Neumáticos, resinas de POLIESTERES eléctricas envase, conectores, Baratos enchufes. Buena estabilidad Suelas de zapatos, partes POLIURETANO térmica de coches, fibras, espumas. Encapsulamiento de RESINAS EPOXI Excelentes propiedades materiales mecánicas y resistencia a semiconductores, la corrosión recubrimiento de neumáticos. 17
  • 18. 29/11/2012 Conocidos como gomas por su capacidad de sufrir un gran alargamiento elástico que se recupera si cesa el esfuerzo POLIMERO CARACTERISTICAS APLICACIONES CAUCHO NATURAL Alta resistencia al desgaste Neumáticos para coches (cis-poliisopreno) CAUCHO ESTIRENO- Caucho sintético más importante. Neumáticos BUTADIENO (SBR) Muy alta resistencia al desgaste. Pueden absorber disolventes orgánicos (aceite-gasolina) CAUCHO DE NITRILO Alta resistencia, Mangueras para (NBR) pero más caros distribución de gasolina y aceite. CAUCHO DE Resistencia a degradación medio ambiental, Recubrimiento de cables, POLICLOROPRENO resistencia a la llama. tanques para productos (NEOPRENO) químicos. CAUCHO DE Resistencia a la temperatura, poca resistencia Aislantes eléctricos SILILICONA mecánica, excelentes propiedades aislantes Mezcla de varios polímeros para mejorar las propiedades las cuales se combinan y se rebajan los costos de producción ABS/PC, ABS/PVC, PC/PE, PC/PBT o PBT/PET. Como adhesivos o pegamentos. Hay varios tipos de adhesivos que se pueden elegir en función de la temperatura de trabajo, tiempo de curado, resistencia que se requiere, etc. 18
  • 19. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. Resultado de la combinación de dos tipos de materiales: Metal-metal, metal-cerámico, metal-polímero, polímero- cerámico, polímero-polímero y cerámico-cerámico. Se encuentran en diferente porcentaje, la fase que se encuentra en mayor proporción la Figura 1: Esquema de un material compuesto en donde se identifica n la matriz o fase continua, mientras matriz y refuerzo. que la fase que se de menor proporción se le denomina refuerzo o fase discontinúa. 19
  • 20. 29/11/2012 FUNCIONES • Soporta las fibras • Fase continua en la manteniéndolas en su que el refuerzo queda posición correcta. “embebido”. • Definir las propiedades • Transfiere la carga a las • Materiales metálicos, físicas y químicas. fibras fuertes. cerámicos o resinas • Transmitir las cargas al • Las protege de sufrir orgánicas cumplen con refuerzo. daños durante su este papel. manufactura y uso. • Protegerlo y brindarle • No es tan rígido ni tan cohesión. • Evita propagación de resistente como el grietas e las firas • Control principal de las material de refuerzo. propiedades eléctricas, comportamiento químico QUE ES? y el uso a temperaturas elevadas. PROPIEDADES 20
  • 21. 29/11/2012 • Fibra de vidrio: brinda una extraordinaria fuerza y resistencia al impacto. FUNCIONES • Fase discontinua • Fibra de carbono: muy utilizado (dispersa) que se en la industria aeronáutica para agrega a la matriz • Incrementa la disminuir peso de aviones para conferir al resistencia y rigidez (elevado costo). compuesto alguna mecánicas propiedad que esta • Mejora el no posee. • Fibras orgánicas: ropa de comportamiento a protección, chalecos antibalas, altas temperaturas o la productos de fricción, resistencia a la reforzamiento de elastómeros. QUE ES? abrasión Cables, cuerdas y telas de velas de barcos. • Fibras naturales: económicas y mejor impacto medioambiental. EJEMPLOS 21
  • 22. 29/11/2012 CARACTERISTICAS • Si es débil, la • Región de contacto transferencia de carga entre la matriz y el de la matriz al refuerzo. refuerzo no será eficiente, y producirá rotura de la pieza. QUE ES? 22
  • 23. 29/11/2012 Interacción entre la matriz y las partículas a un nivel macroscópico. Grandes Ejemplo: Hormigón Partículas: arena o grava Matriz: cerámica compuesto Materiales por silicatos y aluminatos hidratados. compuestos reforzados con partículas Consolidados por dispersión Las partículas poseen de 10 a 250 nm de diámetro. Ejemplos: contactos eléctricos, rejillas para baterías, filamentos de calentadores. 23
  • 24. 29/11/2012 Mejor resistencia a la fatiga Mejor rigidez Mejor relación resistencia-peso, al incorporar fibras resistentes y rígidas 24
  • 25. 29/11/2012 Paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Laminares Generalmente cada lámina está reforzada con fibras. Ejemplos: madera contrapada. Compuestos estructurales Dos láminas exteriores de Sándwich elevada dureza y resistencia (plásticos reforzados, aluminio o titanio), separados por un material denso y menos resistente (polímeros, cauchos sintéticos…) Usados en construcción, industria eronautica. 25
  • 27. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. AVANZADA Semiconductores Biomateriales Materiales de la Nanoingeniería 27
  • 28. 29/11/2012 Tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes eléctricos. Todos los semiconductores se caracterizan porque en su capa de valencia de su estructura atómica poseen cuatro electrones. Posibilitan la fabricación de los circuitos integrados que han revolucionado, en las últimas décadas, las industrias electrónica y de ordenadores . AISLANTES • Se comportan de esta forma al estar expuestos a bajas temperaturas. CONDUCTORES • Se comportan de esta forma al estar expuestos a altas temperaturas. 28
  • 29. 29/11/2012 CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES Semiconductores intrínsecos El comportamiento eléctricos se basa en la estructura electrónica del material puro Semiconductores extrínsecos Cuando las características eléctricas están determinadas por átomos de impureza CARACTERISTICA QUE ES??? Es un semiconductor Hay flujos de electrones y huecos, aunque la puro. corriente total resultante A T°A se comporta sea cero. como un aislante Hay tanto electrones porque solo tiene libres y huecos por pares, unos pocos electrones por lo tanto hay libres y huecos electrones libres como debidos a la energía huecos con lo que la corriente total es cero. térmica. 29
  • 30. 29/11/2012 Forman estructuras cristalinas No permite el movimiento de e- a través de sus bandas de energía ↑ T°, algún T°A, el enlace covalente semiconductor se rompe y es aislante… queda libre un e- todos los e- para moverse en están formando la estructura enlaces cristalina 30
  • 31. 29/11/2012 Impurezas = Formados al dopantes. añadir pequeñas Tendremos cantidades de semiconductores impurezas dopados tipo p o tipo n Objetivo de dopaje: modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de portadores de carga libre Semiconductores dopados (Silicio) Tipo p Elementos del grupo IIIA Tipo n Elementos del grupo VA 31
  • 32. 29/11/2012 Tipo p Tipo n 32
  • 33. 29/11/2012 Silicio (Si) Germanio (Ge) Resistividad eléctrica a T°A, es intermedia entre la de los metales y los aislantes Buena resistencia y Conductividad, controlada conductividad térmica y agregando pequeñas cantidades eléctrica de impurezas Usado para hacer los núcleos de los transformadores eléctricos Usado en diodos (acero). emisores de luz Dióxido de silicio usado en todos los transitores 33
  • 34. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. “Instrumento, aparato, implemento, máquina, implante, reactivo in vitro u otro artículo similar o relacionado, incluyendo un componente, parte, o accesorio lo cual es reconocido por la FDA, o cualquier suplemento para ellos, destinado para el uso en el diagnóstico de enfermedades u otras condiciones, o en la cura, mitigación, tratamiento o prevención de enfermedades, en el hombre u otros animales, o destinado para afectar la estructura o cualquier función del cuerpo humano o de animales, y el que no alcanza alguno de sus propósitos primarios a través de la acción química dentro del cuerpo del hombre o animales y el que no es dependiente de ser metabolizado para el logro de cualquiera de sus propósitos primarios” FDA (Food and Drug Administration EEUU) 34
  • 35. 29/11/2012 Aquellos que cumplen con una función específica en los sistemas modernos, eléctricos, electrónicos, ópticos, mecánicos, sensores y también en el cuerpo humano. Los biomateriales son, por excelencia, materiales funcionales. 35
  • 36. 29/11/2012 Cualquier material que tiene una aplicación biomédica. Material Uso Aplicación Tratamiento de una lesión Terapéutico Tratamiento de una enfermedad Biomaterial Parte de un sistema para Diagnóstico identificar una enfermedad Tener Tiempo resistencia de fatiga Biocompatible mecánica adecuado. adecuada Tener densidad No tóxico y peso Químicamente adecuados No estable carcinógeno Diseño de ingeniería Barato perfecto. 36
  • 37. 29/11/2012 BIOTOLERADOS Son tolerados por el huésped BIOINERTES No desencadenan una respuesta local en el huésped BIOACTIVOS Aquellos que inducen una respuesta deseada en el huésped BIOMATERIALES ARTIFICIALES O NATURALES O BIOMÉDICOS BIOLÓGICOS Metales Cerámicas Proteínas Polímeros Polisacáridos Materiales compuestos 37
  • 38. 29/11/2012 Remplazo de partes dañadas, enfermas o faltantes Para mejorar funciones: Asistir en BIOMATERIALES cicatrizaciones y Marcapasos, lentes curaciones de contacto, etc. Correcciones estéticas. 38
  • 40. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. El prefijo nano quiere decir 10-9 es decir, una milmillonésima (0.000000001) parte. Un nanómetro (nm) es una milmillonésima parte de un metro 40
  • 41. 29/11/2012 Diseño, fabricación y aplicación de nanoestructuras o nanomateriales y el conocimiento de las relaciones entre las propiedades o fenómenos físicos y las dimensiones del material. Hace referencia a las actividades científicas y tecnológicas llevadas a cabo a escala atómica y molecular, a los principios científicos y a las nuevas propiedades que pueden comprenderse y controlarse cuando se interviene a dicha escala. Se consideran dos vías de trabajo: 1. Miniaturización de los microsistemas = enfoque de arriba abajo o top-down. 2. Imitar a la naturaleza, desarrollo de estructuras a partir de niveles atómicos y molecular = enfoque de abajo arriba o bottom-up. 41
  • 42. 29/11/2012 Ciencia de los materiales Fabricación de instrumentos a Medicina escala nanométrica Nanotecnología Producción y Industria almacenamiento alimenticia de energía Tecnologías de la información  Acceder a nanoestructuras de fases metaestables con propiedades tales como superconductividad o magnetismo.  Creación de instrumentos miniaturizados: sensores biológicos que alerten de enfermedades en estadios tempranos.  Nanorobots: que puedan reparar un daño interno y remover toxinas de nuestro organismo. 42
  • 43. 29/11/2012 Son una nueva clase de materiales (sean cerámicos, metales, semiconductores, polímeros o materiales compuestos) Por lo menos una de sus dimensiones se encuentra entre 1 y 100 n. 43
  • 44. 29/11/2012 Poseen características superiores a los materiales tradicionales. Puede ser cualquier combinación de elementos químicos. Carburos Materiales Óxidos compuestos NANOMATERIALES Polímeros Nitruros orgánicos Metales y sus aleaciones 44
  • 45. 29/11/2012 • Creados introduciendo en bajo porcentaje, nanopartículas en un material base llamado matriz. • Ejemplo: nanopolímeros (usados para relleno de grietas en Nanocomuestos estructuras afectadas por sismos) • Partículas menores a los 100 nm. • ejemplos: nanopartículas de silicato y metálicas (usadas en Nanopartículas nanocompuestos poliméricos) • Estructuras tubulares (diámmetro nanométrico). • Los más conocidos son los de silicio y los de carbono. Nanotubos • Principalmente de sílica y alúmina. Materiales • Usados para captura de elementos tóxicos ambientales. nanoporosos • Recubrimientos con espesores de nanoescala. • Usados en barnices, lubricantes o para endurecer compuestos frágiles Nanocapas • Como protección ante la corrosión. • Materiales biomédicos a escala nanométrica. • Ejemplos: polímeros usados como base para el crecimiento Nanoestructuras de la piel y gomas antimicrobianas. biológicas 45
  • 46. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. Estudia la síntesis, estructura y reactividad de los compuestos moleculares de elementos metálicos que contienen al menos un enlace directo de metal-carbono. Metal: no solo elementos metálicos clásicos (alcalinos, alcalino- térreos y elementos de transición d y f), sino tambíen metaloides. 46
  • 47. 29/11/2012  Compuestos con enlaces entre metal-carbono.  Tales sustancias no existen en la naturaleza y deben sintetizarse.  Los metales implicados son los de los grupos principales y los de las series de transición.  Recientemente se ha estudiado la química organometálica de los metales lantánidos y actínidos. Interacción de moléculas orgánicas con elementos metálicos Alteración profunda de la estructura y propiedades químicas del mismo Promoción de transformaciones que no se llevarían a cabo en ausencia del metal. Química Bioorganometálica. Las moléculas organometálicas pueden mostrar actividad biológica y ser útiles como drogas terapéuticas. 47
  • 48. 29/11/2012 MATERIAL APLICACIÓN Tetraetilplomo y Se añaden a la gasolina como Tetrametilplomo “antidetonantes” para mejorar su calidad como carburante. Organoboranos Carburantes para propulsión a chorro Trialquilaluminio y Fenilsodio Catalizadores en la síntesis polímeros Organoestaño Establilizadores para los plásticos de vinilo. 48
  • 49. 29/11/2012 Importancia. Aplicación. Formando parte de un robot. 49