CMC 1º de Bachillerato

1. Nuevos
materiales
Ramón M. Sola Jábega
I.E.S. Manuel de Falla. Maracena.
(Granada).

2. oLos materiales son sustancias que nos permiten fabricar objetos. Atendiendo a su
procedencia pueden ser:
oMateriales naturales.
oMateriales transformados.
oMateriales sintéticos.
Las propiedades a tener en cuenta a la hora de elegir un material son:

3. Según su composición los materiales se encuadran en algunas de las siguientes
categorías:
•Metálicos
•Pétreos y cerámicos.
No aglomerantes. ( Piedra, arena, grava)
Aglomerantes ( Cemento de Portland, mortero, yeso)
Cerámico ( Arcilla, loza, gres, porcelana)
Vítreos
•Textiles.
•Animales ( Lana, Seda, Cachemira, Alpaca)
•Vegetales ( Algodón, Cáñamo, Lino)
•Minerales (Amianto, asbesto, fibra de vidrio, plata, oro)
•Artificiales.
•Transformados ( Rayón, acetato de celulosa ).
•Sintéticos (Poliesteres, poliamidas (Nylon), poliacrilonitrilo
(Leacryl), Elastanos (Lycra) )

4. •Madera y derivados.
•Duras (Haya, roble, cerezo, caoba)
•Blandas ( Pino, abeto, chopo)
•Derivados ( Aglomerados, contrachapados, tablex).
•Plásticos, Polímeros de moléculas orgánicas. Pueden ser:
•Termoplásticos : Resinas celulósicas (rayon, celuloide),
Polietilenos(PVC), Polivinilos, metacrilato.
•Termoestables: Baquelita, Poliésteres, resinas epoxi.
•Elastómeros : Caucho, látex, neopreno, lycra.
Al hablar de “nuevos materiales” nos referimos a sustancias con propiedades
antes nunca vistas, que proporcionan nuevas posibilidades tecnológicas.

5. Polímeros plásticos
Los plásticos son siempre un tipo de moléculas gigantes que se denominan “ polímeros” . Son
moléculas que se forman por la unión de millones de otras moléculas más pequeñas que se llaman “monómeros”.
Los polímeros son largas cadenas que pueden o no tener ramificaciones.
Existen tres tipos fundamentales de plásticos:
•A) Termoplásticos: Pueden moldearse a una cierta temperatura. Al
enfriarse y volver a calentarse pueden moldearse nuevamente. Esto es
debido a que no hay conexión entre las cadenas de polímero.
Son termoplásticos:
Polietileno (PE) ( uso general).
Polipropileno (PP) (Envases).
Tereftalato de polietileno (PTFE) ( envases para alimentos y bebidas)
Poliestireno(PS) (Vasos y platos desechables)
Poliestireno expandido (EPS) ( embalajes y aislantes térmicos)
Cloruro de polivinilo (PVC) ( Tuberías, cortinas de baño, manteles, juguetes,
dependiendo de los aditivos).
Politetrafluoretileno (PTFE , teflon). ( Recubrimientos antiadherentes, prótesis
quirúrgicas).
Policarbonato (PC) ( Láminas transparentes)

6. •B) Termoestables: Una vez moldeados y enfriados no pueden volver a moldearse de nuevo debido a los
enlaces que se establecen entre cadenas.
C) Elastómeros.
Las uniones entre cadenas se rompen y se establecen de nuevo de forma continua. Son polímeros elásticos.
Como ejemplo de plásticos termoestables podemos citar:
Poliester. ( Piscinas prefabricadas, embarcaciones)
Bakelita (Industria eléctrica, menaje de cocina)
Siliconas ( tetinas de biberón y otras “tetinas”)
Resinas epoxi. Componentes electrónicos encapsulados, adhesivos)
Resinas de Melamina. ( Recubrimientos de muebles)

7. Composites
Los composites son materiales que utilizan un concepto que viene siendo usado
desde la antigüedad: se trata de usar mezclas de sustancias que, sin reaccionar
químicamente presentan propiedades que no se encuentran en ninguno de sus
componentes por separado. Estos componentes son de dos tipos: los de cohesión y los
de refuerzo. Los componentes de cohesión envuelven y unen los componentes
de refuerzo (o simplemente refuerzos) manteniendo la rigidez y la posición de éstos .
Un ejemplo lo podemos
encontrar en los cimientos
de los
edificios: hormigón reforzado
con una matriz de acero.

8. El adobe, formado por arcilla sin cocer y paja, es el composite más antiguo que
conocemos y aún hoy se sigue utilizando en la construcción de viviendas.
Macroscópicamente, la arcilla (cohesión) se distingue de la paja (refuerzo), pero
la mezcla heterogénea tiene unas propiedades mecánicas mejores que las de sus
respectivos componentes individuales.

9. Modernamente los composites se utilizan en muchos campos, principalmente en
odontología, como material para la obturación dental y en aeronautica. En el
primer caso, como componente se cohesión se utilizan resinas sintéticas
(bisfenol glicidil metacrilato), mientras que como fase de refuerzo se utiliza
polvo de cuarzo o silicatos de aluminio.

11. Las fibras de seda de araña constituyen un
material enormemente atractivo. Su elevada
resistencia y deformabilidad les permite
almacenar gran cantidad de energía de
deformación, que pueden después disipar, de
modo que son especialmente apropiadas para
absorber impactos . Además, el estudio de las
propiedades de las fibras de seda de araña y su
relación con la microestructura tiene el interés
de servir como guía en el diseño y producción
de futuros materiales biomiméticos.
La especie utilizada es Argiope trifasciata, que tiene
como hábitat natural las costas mediterráneas
españolas.
Biomateriales
Los biomateriales son sustancias de interés que se encuentran en los seres vivos, o
bien son una copia de éstas.

12. El mejillón comienza a despuntar como referencia a la hora de fabricar nuevos
biomateriales con propiedades mecánico-elásticas comparables a las de los mejores
materiales plásticos .Estos bivalvos desarrollan un pedúnculo través del cual se unen al
sustrato sobre el que viven. Este pedúnculo, de unos 2 cm de longitud, está formado por
cientos de hebras de colágeno recubiertas por una cutícula protectora. Esta cutícula
protege al pedúnculo de la abrasión, del ataque de depredadores y de infecciones. Se
trata de una fina nanoestructura, de entre 2 y 4 micras de espesor, compuesta por
proteínas que, en su conjunto, se conocen como mfp-1 por las iniciales de su
denominación en ingles (mussel foot proteins).
La propiedad más llamativa de estas proteínas es su capacidad de deformación,
que puede llegar hasta el 170% en Mitillus Galloprovincialis, la especie de mejillón
habitual en las costas gallegas.

13. El aerogel es uno de los nuevos materiales más prometedores, incluso por su
aspecto nebuloso. Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan ligero como el
aire y al mismo tiempo muy resistente, así como su sorprendente capacidad como aislante
térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para diversas aplicaciones. Su composición es
carbono, silicio y diferentes metales, aunque la mayor proporción del compuesto (hasta el 98%)
siempre es aire.
Materiales cerámicos.

14. Panel de placas de aerogel utilizado por la sonde Philae para recolectar
partículas de polvo de la cola del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

15. Materiales con propiedades eléctricas.
La propiedad más importante de ujn
material en cuanto a electricidad es
la conductividad. A este respecto los
materiales se clasifican en:
oConductores. Si pueden conducir la
corriente con resistencia moderada
para cualquier valor de diferencia de
potencial.
oAislantes (dieléctricos). Cuando
sólo conducen la corriente para
valores muy altos de ddp.

16. oSuperconductores: Son los materiales que en determinadas condiciones
pueden conducir la corriente con resistencia prácticamente nula.
oSemiconductores: Cuando sólo presentan resistencia baja por encima de
un determinado valor (bajo) de ddp.
Se utilizan básicamente para fabricar transistores miniaturizados (chips).
Hasta ahora se ha venido utilizando el Si , que va siendo desplazado
progresivamente por el coltán.
Los superconductores tienen numerosas aplicaciones. Actualmente, los
imanes más potentes se fabrican con bobinas de cables superconductores
(electroimanes superconductores). Este es el caso de los imanes que se
utilizan en grandes instalaciones científicas, como los aceleradores de
partículas, y en medicina, como los aparatos de resonancia magnética
nuclear.

17. Columbita, (FeNb2O6) Tantalita, [(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]

18. Nuevos materiales magnéticos.
Las nuevas aleaciones de
Nd/Fe/B permiten conseguir imanes
de una potencia muy superior a los
de hierro
El grafito pirolítico es un
material de un elevado
diamagnetismo, por lo que genera en
su interior un campo opuesto al que
se le aplica desde fuera. Por esta
razón este material se repele con un
imán hasta el punto de levitar, al
poder compensar su propio peso.

19. Todos los materiales de carbón están compuestos de átomos de carbono. Sin
embargo, dependiendo de la organización que presenten estos átomos de carbono, los
materiales de carbón pueden ser muy diferentes unos de otros. Las estructuras a las que
dan lugar las diversas combinaciones de átomos de carbono se denominan “formas
alotrópicas” y pueden llegar a ser muy numerosas.
Los átomos de carbono poseen una estructura electrónica que les permite formar
enlaces de tres formas diferentes, que llamaremos “hibridaciones sp, sp2 y sp3 “.
Cuando se combinan átomos de carbono con hibridación sp dan lugar a cadenas
de átomos, en las que cada átomo de carbono está unido a otro átomo de carbono por un
enlace tripe y a un segundo átomo de carbono por un enlace sencillo. Este tipo de
estructuras constituyen una forma alotrópica del carbono poco común: los carbinos. Los
carbinos pueden presentar una estructura lineal o cíclica.
El Carbono. Formas alotrópicas

20. Cuando se combinan átomos de carbono con hibridación sp2, cada átomo de
carbono se une a otros 3 en una estructura plana que da lugar a la forma alotrópica del
grafito, en el que los átomos de carbono forman un sistema de anillos que dan lugar a
láminas paralelas entre sí.

21. Cuando se combinan átomos de carbono con hibridación sp3 cada átomo de carbono se
une a otros 4 formando una estructura tridimensional que da lugar a la forma alotrópica
del diamante.
Clásicamente se consideraba que el carbono se presentaba en la naturaleza en
dos formas alotrópicas: el grafito y el diamante. Sin embargo en los últimos años
se has descubierto nuevas formas alotrópicas del carbono que presentan
propiedades nuevas y en ocasiones sorprendentes.

22. Una forma alotrópica del carbono
en la cual los átomos de carbono
presentan una hibridación
intermedia entre la sp2 y la sp3 es
el fullereno. Este tipo de
hibridación hace posible que los
átomos de carbono puedan
combinarse formando hexágonos y
pentágonos en estructuras
tridimensionales cerradas. El
fullereno más común es el C60 (de
60 átomos de carbono) y es similar
a un balón de fútbol, aunque
también se han descrito otros
fullerenos: C76,...C100, etc.
Fullerenos
Fullereno C-60

23. Fullereno C-540

25. Nanotubos
Una de las estrellas de la nanotecnología son
los nanotubos, láminas de carbón que se
cierran sobre sí mismos. Los nanotubos son los
materiales conocidos más resistentes,
superando hasta en 100 veces al acero.
Además, son excelentes conductores eléctricos,
cientos de veces más eficientes que el cobre.
Propiedades de los nanotubos
•Son las estructuras de mayor resistencia,
aunque su densidad es seis veces menor que la
del acero.
•Pueden transportar enormes cantidades de
electricidad sin fundirse.
•Gran elasticidad. Recuperan su forma después
de ser doblados en grandes ángulos.
http://www.ugr.es/~gmdm/

26. La estructura de los
nanotubos puede
considerarse procedente de
una lámina de grafito
enrollada sobre sí misma.
Dependiendo del grado de
enrollamiento y la manera
como se conforma la lámina
original, el resultado puede
llevar a nanotubos de
distinto diámetro y
geometría interna. Sdon
posibles nanotubos de una
o varias capas, abiertos o
cerrados por un extremo
por una semiesfera de
fullereno.

27. Grafeno
El grafeno es una
sustancia formada
por carbono puro,
con átomos
dispuestos en patrón
regular hexagonal,
similar al grafito,
pero en una hoja de
un átomo de
espesor. Es muy
ligero: una lámina de
1 metro cuadrado
pesa tan sólo 0,77
miligramos. Se
considera 200 veces
más fuerte que
el acero y su
densidad es
aproximadamente la misma que la de la fibra de carbono, y es unas cinco veces más ligero
que el acero.