Este documento describe varios nuevos materiales avanzados como el grafeno, fibras de carbono, silicio y coltán. Estos materiales tienen propiedades únicas que los hacen excelentes conductores eléctricos, resistentes y flexibles. Debido a estas propiedades, se usan en una variedad de aplicaciones como electrónica, aeronáutica, automotriz y energía. El documento también discute los desafíos en la producción y aplicación de estos nuevos y prometedores materiales.

1. Johan Sebastián Barrera Barbosa
1002
2015
Profesor: Cediel Romero

2. Losnuevosmateriales
Esta época está caracterizada por el descubrimiento de nuevos materiales
que nos está ofreciendo posibilidades tecnológicas solo soñadas en la
ciencia ficción. La nanotecnología empieza a ser posible por el desarrollo de
estos materiales, pues al lograr la miniaturización solo es posible cuando se
encuentran propiedades muy especiales de ciertos elementos que permiten
que se pueda manipular casi al nivel del átomo. La física, la química y la
informática ,han hecho posible este avance, y uno de los elementos que ha
hecho posible esta nueva generación de materiales es el Carbono, su
composición es muy especial El carbono, tiene una estructura cristalina y
lo encontramos en forma de grafito o del diamante, también puede
convertirse en materiales con cualidades únicas que están cambiando toda
la industria, pues no solo son más resistentes que el acero, sino que son
extremadamente livianos, excelentes conductores eléctricos, que los hacen
imprescindibles en la electrónica. De igual forma el descubrimiento de
ciertas propiedades de algunos elementos o tierras raras como las
denominan crean nuevas posibilidades tecnológicas que hacen posible la
aparición de nuevos dispositivos con mayor eficiencia y un consumo
energético cada vez menor. Veamos entonces algunas de las formas que
están tomando estos materiales y como están cambiando todo el sentido de
las nuevas materias primas.

4. SEMICONDUCTORES!
Materiales como el silicio, galio o
selenio, arseniuro de galio, etc., cuya
resistencia al paso de la corriente
depende de factores como la
temperatura, la tensión mecánica o el
grado de iluminación que se aplica.
Con ellos se fabrican microchips para
ordenadores y circuitos de puertas
lógicas.

5. SUPERCONDUCTORES!
Materiales como el mercurio por debajo
de 4 K de temperatura, nanotubos de
carbono, aleaciones de niobio y
titanio, cerámicas de óxidos de itrio,
bario y cobre, etc., que al no oponer
resistencia al paso de la corriente
eléctrica, permiten el transporte de
energía sin pérdidas.

6. PIEZOELECTRICOS
Materiales como el cuarzo, la
turmalina, cerámicas y materiales
plásticos especiales, dotados de
estructuras micro cristalinas, que
poseen la capacidad de transformar la
energía mecánica en eléctrica y
viceversa. Se utilizan como sensores
y actuadores en dispositivos
electrónicos como relojes,
encendedores, micrófonos,
radares, etc.

7. SILICONA!
Polímeros en los que las cadenas
están formadas por silicio en lugar de
carbono. Son materiales muy
flexibles, ligeros y moldeables. Son
aislantes del calor y de la electricidad
y no les afectan ni el agua, ni las
grandes variaciones de temperatura.
No sufren rechazo en tejidos vivos. Se
usan para fabricación de
revestimientos exteriores, tapar y
sellar grietas, fabricación de prótesis e
implantes, material quirúrgico,
cirugía estética, etc.

8. El Coltán!
formado por dos minerales, la
columbita y la tantalita, de los que se
extraen el tántalo y el niobio, metales
necesarios para la fabricación de
microprocesadores, baterías de
móviles, componentes electrónicos,
aleaciones de acero para oleoductos,
centrales nucleares, etc. El 80% de las
reservas conocidas se encuentra en la
República Democrática del Congo. Por
ello hay en esta región una amplia
zona de conflicto y de guerras por el
control de las minas de diamantes,
oro, uranio y coltán.

9. LafibraÓptica!
son fibras constituidas por un núcleo
central de vidrio muy transparente,
dopado con pequeñas cantidades de
óxidos de germanio o de fósforo,
rodeado por una fina capa de vidrio
con propiedades ópticas ligeramente
diferentes. Atrapan la luz que entra
en ellas y la transmiten casi
íntegramente.

10. MaterialesInteligentes!
activos o multifuncionales:
materiales como los recubrimientos
termo crómicos, capaces de responder
de modo reversible y controlable a
diferentes estímulos físicos o
químicos externos, cambian de color
según la temperatura, en caso de
incendio, movimientos, esfuerzos, etc.
Se utilizan como sensores,
actuadores, etc. en domótica y
sistemas inteligentes de seguridad.

11. MaterialesHíbridos!
materiales formados por una fibra y
una matriz, como fibras de vidrio y
de carbono con una matriz de
poliéster o matriz metálica o de
cerámica. Son materiales ligeros y de
gran resistencia mecánica y altas
temperaturas, utilizados en la
industria aeronáutica y de
embarcaciones, en motores y reactores
de aviación.

12. FIBRAS DE CARBONO!
• Las fibras de carbono son muy pequeñas y
sumergidas en un polímetro de soporte resultan un
material muy liviano y sumamente resistente. Si uno
lo observa a través de un microscopio, una fibra de
carbono (cuyo diámetro es la centésima parte de un
milímetro) es muchísimo más fino que un cabello
humano. [2]
• La fibra de carbono se incluye en el grupo de los
materiales compuestos, es decir, aquellos que están
hechos a partir de la unión de dos o más componentes,
que dan lugar a uno
nuevo con propiedades y cualidades superiores, que no
son alcanzables por cada uno de los componentes de
manera independiente.
• En el caso particular de la fibra de carbono,
básicamente se combina un tejido de hilos de carbono
(refuerzo), el cual aporta flexibilidad y resistencia, con
una resina termoestable (matriz), comúnmente de tipo
epoxi, que se solidifica gracias a un agente
endurecedor y actúa uniendo las fibras, protegiéndolas
y transfiriendo la carga por todo el material; por su
parte el agente de curado ayuda a convertir la resina
en un plástico duro

13. EL GRAFITO!
• El grafito es una de las formas alotrópicas
en las que se puede presentar
el carbono junto al diamante, los fulerenos
los nanotubos y el grafeno A presión
atmosférica y temperatura ambiente es más
estable el grafito que el diamante, sin
embargo la descomposición del diamante es
tan extremadamente lenta que sólo es
apreciable a escala geológica.
• Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner
en el año 1789 y el término grafito deriva
del griego γραφειν (graphein) que
significa escribir. También se denomina
plumbagina y plomo negro.
• El grafito se encuentra en yacimientos
naturales y se puede extraer, pero también se
produce artificialmente. El principal
productor mundial de grafito es China,
seguido de India y Brasil [5]
• PRPIEDADES!
Es de color negro con brillo
metálico, refractario y se exfolia con
facilidad. En la dirección perpendicular a
las capas presenta una conductividad de la
electricidad baja y que aumenta con la
temperatura, comportándose pues como
un semiconductor. A lo largo de las capas la
conductividad es mayor y aumenta
proporcionalmente a la temperatura,
comportándose como
un conductor semimetálico.

14. Aplicacionesderivadasdelgrafito
*Se utiliza para hacer la mina de los lápices.
*El grafito se emplea en ladrillos, crisoles, etc.
*Al deslizarse las capas fácilmente en el grafito, resulta ser un
buen lubricante sólido.
*Se utiliza en la fabricación de diversas piezas en ingeniería,
como pistones, juntas, arandelas, rodamientos, etc.
*Este material es conductor de la electricidad y se usa para
fabricar electrodos. También tiene otras aplicaciones eléctricas,
como los carbones de un motor, que entran en contacto con el
colector.
*Se emplea en reactores nucleares,
como moderadores y reflectores.
*El grafito mezclado con una pasta sirve para fabricar lápices.
*Es usado para crear discos de grafito parecidos a los de discos
vinilo salvo por su mayor resistencia a movimientos bruscos de
las agujas lectoras.
*Se puede crear Grafeno, material de alta conductividad eléctrica
y térmica, futuro sustituto del silicio en la fabricación de chips.
*En homeopatía es utilizado como medicamento, el cual, después
de ser extraída la tintura madre, diluida y dinamizada, se
utiliza para tratar enfermedades como tristeza, inquietud, llanto
fácil, desesperación, etc.

15. El Grafeno!
El grafeno es un nuevo material
nanométrico bidimensional,
obtenido a partir del grafito en
2004 por los científicos André
Geim y Konstantin
Novoselov,, es una hojuela
cuasiplana con pequeñas
ondulaciones, dando la apariencia
de un panal de abejas, con un
grosor de un átomo de carbono
(0,1nm). su producción ha estado,
hasta hoy, restringida a nivel
laboratorio,. posee unas
extraordinarias propiedades que
exhibe, tales como un efecto hall
cuántico anómalo, un
comportamiento como
semiconductor gap superficial y
ausencia de localización
electrónica, entre otras, las cuales
vislumbran que serán de gran
utilidad en computación,
electrónica y ecología entre otros
muchos.

16. El grafeno fue descubierto en los principios del siglo XX a partir
del grafito. Aunque en un principio se pensó que eran cosas
totalmente diferentes el grafito se puede describir como una serie
de capas de grafeno superpuestas una sobre la otra, a semejanza
de sábanas o manteles colocados uno sobre los otros, de manera
que los átomos de una “sábana o mantel” está muy unidos pero
separados de los átomos de los manteles superiores o inferiores.
Esto le las propiedades tan características al grafito.
La importancia que ha adquirido en los últimos años el grafeno
se debe a un trabajo realizaron dos investigadores uno holandés
de origen ruso-alemán y otro ruso-británico que les valió el
premio nobel de física por sus trabajos con este material. Una
característica que se explota en el grafeno es que los electrones
pueden viajar con mucha libertad a lo largo de todo el enrejado, a
semejanza de lo que ocurre con los metales, convirtiéndolo en un
excelente conductor eléctrico y además desde el punto de vista
químico todo el enrejado se comporta como una única molécula,
una macro-molécula o súper-molécula como la describen.
Hoy día tienen importantes aplicaciones en electrónica como en
la construcción de transistores de grandes frecuencias que
permitirían aumentar la velocidad de los procesadores. Los
principales desafíos consisten en el poder crear una capa de
grafeno en una superficie adecuada y evitar el
sobrecalentamiento de los transistores.