Nuevos materiales

1. Nuevas
necesidades,
nuevos
materiales
Salomon Dean
Enrique Hernández-Carillo
Álvaro Sánchez Colacio
Roberto García Perán
Álvaro Sánchez Colacio

2. Lanzadera

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

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

11. Una visita al dentista
 Las lesiones producidas por las caries en las piezas
dentales deben rellenarse una vez que se ha
eliminado el tejido dañado.
 Desde hace años se utiliza el oro como primer
material por su plasticidad y estabilidad.
 A mediados del siglo xix se comenzó a utilizar la
amalgama de plata-mercurio por su menor precio
y facilidad de uso. No obstante la toxicidad del
mercurio alentó una fuerte polémica que
continua hoy en día.

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

13. Reparaciones del corazón
 La cirugía cardiaca dispone en la actualidad de
técnicas capaces de reparar.
 La reducción del diámetro interior de las arterias
causado por la arteriosclerosis puede resolverse
introduciendo un stent con memoria de forma, es
decir, que recupera su forma.

14. Reparaciones del corazón
 Las válvulas cardiacas pueden tener fallos
congénitos, es algunos casos es necesario
remplazarlas por lo que se utilizan:
 Donantes.
 Animales.
 Aleaciones metálicas. La más utilizada se denomina
Ti6AI4V

15. Ayudas para seguir
caminando
 La prolongación de la esperanza de vida y los
hábitos sedentarios esta haciendo de la
osteoporosis una epidemia.
 La utilización de titanio en implantes de cadera es
lo mejor.
 Para mejorar el agarre de las piezas ded titanio se
emplean tratamientos superficiales como el titanio
poroso.

16. Economía, recursos y atención
sanitaria
 Conforme la medicina se vuelve mas sofisticada y
costosa, se plantea el debate de hasta donde
debe llegar un sistema de atención universal.
 Las válvulas cardiacas como los implantes de
caderas consumen muchos recursos.
 El ministerio de Sanidad actualiza sus servicios. En
el 2007, por ejemplo, se implanto un programa de
atención bucodental a niños menores de 7 años .
Índice

17. Materiales para la energía del
siglo xxi
 La obtención y almacenamiento de energía
necesitan algo más que las fuentes primarias:
Tecnologías y materiales especiales para
transformarla en formas útiles.
 Las diferentes alternativas energéticas deben su
éxito al desarrollo de materiales adecuados.

18. Oportunidades para el desarrollo
de materiales energéticos
 La evolución tecnológica es un proceso
complejo.
 Estos factores se combinan creando sinergias,
apoyos mutuos, que aceleran la implantación de
nuevas tecnologías.
 Las pilas de combustible y las baterías sustituirán a
los motores. La energía eólica o solar fotovoltaica
presentan inconvenientes como las
discontinuidad.

19. Alternativas energéticas para
el futuro
 Pilas de combustible: Reacciones de oxidación y
reducción.
 Energía solar fotovoltaica: Energía muy
experimentada lograda con placas
fotovoltaicas…
 Hidrógeno: Capaz de penetrar los metales y las
fisuras por lo que es de difícil almacenamiento.

22. Índice

23. Materiales más resistentes y
ligeros
 La introducción del hormigón armado y el acero
permitió la creación de infraestructuras más
esbeltas como la torre Eiffel o el puente de San
Francisco.
 El acero, aleación del hierro, es flexible y muy
resistente a la tracción. Pero debido a su alto
contenido en hierro lo hace muy afectado por la
corrosión.
 Como es muy pesado es usado en la
construcción de grandes buques de transporte,
oleoductos etc. Y esto se encuentran en el mar y
esto le corroe.

24. Protección frente a la
corrosión (causas):
 Corrosión general: Se reduce el espesor de la pieza ya que
se va disolviendo por la oxidación.
 Corrosión bimetal: La unión de dos metales crea corrientes
eléctricas que aceleran la corrosión.
 Corrosión intergranular: El acero posee una estructura de
granos cristalinos que son débiles ante la corrosión
 Corrosión alveolar: Pequeñas diferencias en la composición
del acero hacen que se produzca una corrosión intensa en
diferentes puntos.
 Corrosión bacteriana: Algunas bacterias tiorreductoras
crean sulfuros. Y esto corroe mucho el hierro.
 Corrosión de fatiga y tensión: La tensión que el metal tiene
que soportar hace que sea más sensible a la corrosión en los
puntos más críticos.

26. Protección frente a la
corrosión (medidas)
PASIVAS:
 Utilización de aceros especiales: Pobres en carbono y con alto
contenido en cromo, niquel.
 Recubrimiento de las superficies expuestas mediante pinturas:
con cinc, plásticos u hormigones.
 Aislamiento eléctrico: de las piezas que sean de material
diferente.
ACTIVAS:
 Paso de corrientes eléctricas: continuas entre la estructura y
que evitan la oxidación.
 Conexión de la estructura a bloques de metales: que se
oxidan más fácilmente como el magnesio y el cinc. Y que hay
que reponer.

27. Materiales compuestos
 La fabricación de objetos que combinan materiales
diferentes permite conseguir estructuras ligeras y resistentes
 Estos materiales, llamados composites ya existen en la
naturaleza y sirven de ejemplo. Como: la madera, huesos.
 Las posibilidades de crear este tipo de materiales es infinita
algunos ejemplos son:
 Fibra de carbono: es 3 veces mas resistente que el acero y
4,5 veces más ligera. No se oxida y permite obtener
cualquier forma.
 Fibra de vidrio: Tiene propiedades similares a la fibra de
carbono pero es menos resistente y no reacciona con
ácidos

28. Materia gris para el futuro
 La búsqueda de nuevos materiales conlleva que
existan muchas inversiones , así como personal
altamente cualificado.
 Por esta razón existen grandes proyectos, multitud
de empresas y centros de investigación, como
por ejemplo:
1. Proyecto Airbus (construcción aeronáutica)
2. I+D (investigación y desarrollo) conjunto de todo.

29. ¿Qué es I+D?
 Es el esfuerzo conjunto de toda la sociedad para
el avance en la investigación científica y su
aplicación al desarrollo técnico y económico.
 Implican diferentes sectores:
1. Investigación fundamental y aplicada: Se realiza
en las universidades y otras entidades públicas
(CSIC)
2. Investigación aplicada: Se realiza en el seno de
grandes empresas nacionales y multinacionales.
3. Aplicación de nuevos conocimientos en
innovación empresarial: Es llevada a cabo por
pequeñas y medianas empresas (PYME).

30. ¿Qué es el I+D?
 Para fomentar la transferencia de conocimientos
desde el mundo académico hacia los sectores
productivos existen instituciones como:
1. FECYT: Fundación Española de Ciencia y
Tecnología creada en 2001 para fomentar las
relaciones ciencia-tecnología-empresa.
2. OTT: Oficina de Transferencia de Tecnología.
Creada por el CSIC para facilitar la divulgación
de los conocimientos científicos hacia el mundo
empresarial.

31. ¿Qué es el I+D
1. OTRIS: Oficina de Transferencia de Resultados de la
Investigación. Ayudan y asesoran en labores de
I+D+I
2. Spin off: Empresas creadas por el CSIC para
impulsar el desarrollo técnico, facilitar la
contratación de personal e incentivar el
aprovechamiento de recursos humanos.
Inteliglass

32. Plataformas tecnológicas
 Las razones de las inversiones económicas en los
proyectos espaciales son:
1. Contribución al saber humano.
2. Apertura de nuevas fronteras científica.
3. Retornos tecnológicos.
Telescopio Hubble

33.  El LHC (Gran colisionador de hadrones) es el
mayor acelerador de partículas de l mundo.
 Su principal objetivo es avanzar en la
comprensión de la estructura de la materia a la
mayor resolución.
 Uno de sus retos es la confirmación de la
existencia del bosón de Higgs. Una partícula que
permitiría comprender el origen de la masa de los
electrones, neutrones y protones.
El LHC

34. El LHC
 Para hacerlo funcionar se necesitará hacer un
vacío 10 veces mayor que la existente en la luna.
 La temperatura de funcionamiento será de -271,3
ºC, por lo que se necesitará 10000 toneladas de
nitrógeno líquido y 130 toneladas de helio líquido
para enfriar una máquina de 36.800 toneladas.
 La construcción ha obligado el desarrollo de
nuevos materiales y procedimientos.

35. Índice

36. Nuevos desafíos para la
ciencia de materiales.
 Ciencia de materiales: campo científico
encargado de investigar la relación entre la
estructura y las propiedades de los materiales.
 Satisface las necesidades humanas.

37. ¿Cuáles son los desafíos del
siglo XXI?
 Desafíos en la construcción de edificios e
infraestructuras
 Desafíos en la medicina
 Desafíos en la obtención de energía
 Desafíos en la electrónica y tecnologías de la
comunicación.
 Un salto cualitativo

38. Desafíos en la construcción de
edificios e infraestructuras.
 Materiales base:
 Hormigón armado
 Acero
 Materiales nuevos:
 Fibra de Carbono
 Polímeros orgánicos
 Vidrio
 Estos últimos forman composites.
 Como el Plyben

39. Desafíos en la medicina
actual.
 Materiales biocompatibles
 Utilización de nano-partículas.
 Diagnóstico: superconductores para
 TAC
 TEP
 Tecnología impresa en 3D

40. Desafíos en la obtención de
energía.
 Materiales fotovoltáicos.
 Pila de combustibles

41. Desafíos en electrónica y
tecnologías de comunicación
 Cristal líquido, CCD, baterías de móvil.
Están en continuo avance.
 Nuevos desarrollos.
 Nanotecnología.

42. Un salto cualitativo
 El creciente avance tecnológico causa
una gran facilidad para crear nuevos
materiales.
Índice

43. Al límite de las posibilidades
Muchos de los dispositivos que utilizamos, como los
ordenadores o los teléfonos móviles, se basan en
materiales construidos al limite de las posibilidades
técnicas.
Las propiedades de la materia a la escala ordinaria
dependen de las interacciones de un número
colosal de átomos, electrones y fotones, pero
cuando descendemos a la escala de esas
partículas las reglas cambian y se presenta
fenómenos sorprendentes que estudia la física
cuántica y trata de aprovechar la nanotecnología.

44. Nuevas maneras de ver y
tocar
El desarrollo de la tecnología ha permitido ver los
átomos uno a uno mediante el dos tipos de
microscopios y son los siguientes:
 Microscopio de barrido por efecto túnel (STM).

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

46. Magnetorresistencia y buena
memoria
 Los discos duros de los ordenadores adquiridos
antes de 1997 raramente superaban 1GB .
 Los discos duros almacenan la información en
forma de puntos magnetizados.
Índice

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