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Acero

La aleación de acero, producto de mezclar el hierro con una pequeña cantidad de carbono, tiene numerosas aplicaciones industriales. El mundo moderno sería difícil de concebir sin su presencia en edificios, objetos domésticos, máquinas, instalaciones e infraestructuras de toda índole. El acero es una mezcla de hierro y carbono en la que este último se halla en proporciones comprendidas entre el 0,05 y el 1,7%. Es un material maleable y dúctil, muy elástico y frágil, de mayor tenacidad que el hierro. Puede obtenerse por diferentes métodos, entre los que destacan los procedimientos Bessemer, Siemens Martin, Thomas, fg. Los aceros pueden ser dotados de propiedades concretas mediante tratamientos térmicos, los cuales consisten en calentarlos y, posteriormente, enfriarlos más o menos rápidamente. Entre estos tratamientos pueden citarse el recocido, el temple, la cementación y la nitruración, donde se combina el calor con la acción del amoniaco y el revenido. El procedimiento Bessemer...

Aerogel

Material sintético sólido, poroso y ultraligero obtenido a partir de un gel, en el cual se ha sustituido el componente líquido habitual por un gas. De esta forma se obtiene un compuesto sólido microporoso de tipo gel cuya fase dispersa es gaseosa. Los aerogeles presentan características especiales por su densidad extraordinariamente reducida y su baja conductividad térmica. En sus distintas variedades reciben varios nombres coloquiales, como humo azul o humo helado. Las formas más habituales son la sílice microporosa, las zeolitas y el vidrio microporoso. La primera forma sintetizada de aerogel se debió a Samuel Stephens Kistler en 1931. Este tipo de materiales que, pese a su apariencia, son sólidos y rígidos, con un tacto similar al poliestireno extruido, en realidad no se parecen estructuralmente a los geles, aunque conservan su denominación por la fuente a partir de la cual suelen extraerse. Los aerogeles muestran un conjunto de propiedades físico-químicas interesantes para la...

Biocerámicas

Las biocerámicas son materiales artificiales de tipo cerámico y naturaleza biocompatible, esto es, compatibles con los tejidos biológicos. En términos generales, las biocerámicas están constituidas por diversos átomos y moléculas como silicio y silicatos, compuestos de calcio y sodio y óxidos de aluminio y de titanio, entre otros. También pueden contener moléculas orgánicas, como polímeros y vidrios artificiales. No obstante, su composición química es muy diversa, adaptada a su finalidad concreta. Las biocerámicas se encuadran dentro del grupo de los denominados biomateriales. Existe una amplia variedad de biocerámicas, que se utilizan principalmente en la preparación de implantes dentales y quirúrgicos y en prótesis médicas y ortopédicas. Antes de la aparición de los primeros biomateriales, ya entrado el siglo XX, para estos fines se utilizaban metales inertes de alta pureza, que fueron sustituidos posteriormente por aleaciones especializadas como el vitalio (cobalto con añadidos...

Biomateriales

Los biomateriales son sustancias o combinaciones de sustancias que interaccionan con los sistemas biológicos y son compatibles con ellos. En sentido estricto, el término se aplica a aquellos compuestos que han sido diseñados por medios tecnológicos para mantener una interacción saludable con los organismos vivos, sus tejidos, órganos y componentes celulares y supracelulares. El estudio de los biomateriales compete a las disciplinas de la ciencia y la ingeniería de materiales y mantiene una estrecha correlación con otras disciplinas científicas y tecnológicas como la medicina, la biología, la física de materiales y la química. En términos generales, los biomateriales se distinguen de materiales biológicos semejantes, como la seda, la lana y el colágeno purificado, por su origen artificial, no natural. Entre los biomateriales figuran sustancias de tipo metálico, polimérico o cerámico, en cuyo caso reciben el nombre de biocerámicas. Los biomateriales presentan numerosas aplicaciones...

Biopolímeros

Los biopolímeros son macromoléculas producidas por la repetición de una serie de subunidades en forma de polímeros que están presentes en los seres vivos, ya sean éstos animales, plantas o microorganismos. Así pues, estos materiales pueden definirse como moléculas biológicas de carácter polimérico. Por extensión, también reciben el nombre de biopolímeros los materiales sintéticos que son biocompatibles, es decir, compatibles con los tejidos biológicos. En esta segunda acepción, los biopolímeros se utilizan en diversos campos de la medicina y la cirugía, por ejemplo, en implantes y prótesis de ortopedia y dentales. Las sustancias biopoliméricas se caracterizan por disponer de composiciones químicas dotadas de un elevado peso molecular y un gran tamaño. Por la longitud de su cadena principal suelen tener una forma alargada. En el cuerpo humano, los biopolímeros asumen funciones muy diversas. En general, poseen una estructura primaria mucho más compleja que los polímeros sintéticos...

Coltán

El coltán es un mineral metálico de color negro y opaco constituido principalmente por compuestos de niobio y tantalio. El componente de niobio más abundante en el coltán es la columbita, un óxido de niobio con hierro y manganeso. Por su parte, el componente de tantalio es un óxido de este elemento, también con porcentajes variables de manganeso y hierro, que se conoce como tantalita. La denominación de coltán es una abreviatura de las iniciales de estos dos constituyentes: columbita-tantalita. El coltán ha adquirido en las últimas décadas una gran importancia industrial debido a sus propiedades excepcionales para la fabricación de componentes electrónicos. Entre estas propiedades destaca su condición de superconductor, que le permite transmitir la corriente eléctrica con un índice de pérdidas extraordinariamente bajo. Además, este mineral presenta una alta resistencia a la corrosión y a la alteración química y mecánica, soporta temperaturas muy elevadas y tiene una alta capacidad...

Explosivos

Se consideran explosivos todas aquellas sustancias o combinación de ellas que pueden producir explosiones, con liberación de grandes cantidades de energía en forma de calor, presión, gas o radiación. En virtud de tal definición quedarían incluidos dentro de ellos las sales de uranio, plutonio y demás elementos radiactivos. Sin embargo, dada su función en el uso civil de la energía nuclear tienden a encuadrarse dentro del ámbito de los combustibles y no de los explosivos. Una vez excluidos los nucleares, los explosivos pueden ser mecánicos o químicos. Los primeros son aquellos que dependen de reacciones físicas como la que tiene lugar, por ejemplo, al sobrecargar un contenedor hermético con aire comprimido. En general, los sistemas de explosión mecánica se emplean muy poco y en contextos muy determinados, como puedan ser las operaciones mineras en las que la presencia de gases liberados por los explosivos químicos puede originar ulteriores explosiones y hundimientos. Así pues, el...

Kevlar

El kevlar es una fibra sintética de poliaramida dotada de alta resistencia. Su denominación corresponde a una marca registrada de un producto fabricado por la empresa estadounidense DuPont. Por sus excepcionales cualidades, en ocasiones se ha comparado con la seda de araña. La invención del kevlar, realizada en 1965, se debe a la química estadounidense de origen polaco Stephanie Kwolek, quien trabajó durante cuarenta años para la empresa DuPont. Esta compañía reconoció la extraordinaria contribución de Kwolek con la Medalla Lavoisier. El kevlar fue introducido en el uso comercial en la década de 1970 como sustituto del acero en los neumáticos de los automóviles de carreras. Desde entonces, su uso se ha diversificado y este material ha encontrado aplicaciones en muchos otros campos de la industria y la tecnología. En su composición química, el kevlar es una politereftalamida de parafenileno, una sustancia química orgánica. Pertenece, por tanto, a la categoría de los polímeros y,...

La madera

Procedente de los árboles, la madera es un material empleado desde hace siglos como combustible y para fabricar toda clase de objetos. Fue una de las primeras materias primas utilizadas por el hombre porque era abundante y asequible en los bosques. Sin embargo, su aprovechamiento exige un conocimiento de su estructura y composición. Se trata de un material obtenido de un ser vivo, el árbol, que ya desde su crecimiento experimenta la influencia de factores como las propiedades de la tierra, el clima o la humedad. Todos estos condicionantes explican la calidad de cada madera o la existencia de defectos en su textura o composición. En la actualidad, la madera sigue siendo una materia prima muy importante cuyo proceso de transformación recae en la industria maderera. Sus aplicaciones son muy numerosas y ubicuas, desde elementos para estructuras en edificios hasta productos derivados como el papel o el corcho, sin olvidar la infinidad de objetos útiles y ornamentales presentes en la...

Los metales

El valor de los materiales metálicos se conoce desde tiempos prehistóricos, hasta el punto de que el descubrimiento del tratamiento de los metales marcó un hito en el desarrollo de las sociedades primitivas. Aquellas primeras culturas tuvieron que aprender las técnicas para manipular metales y fabricar con ellos armas, recipientes y objetos. Así nació la metalurgia, la industria del metal. Estos nuevos elementos también generaron rápidos cambios sociales: los pueblos que dominaban los yacimientos y que mejor aprendieron a emplear el metal comenzaron a desarrollarse más deprisa y a dominar al resto. El interés por los materiales metálicos fue creciendo con el paso de los siglos. Con el tiempo surgió la idea de intentar transformar los metales corrientes en las modalidades preciosas, como el oro y la plata, en un conocimiento que se llamó alquimia. Aunque a menudo se ha contemplado como una dedicación esotérica propia de magos y hechiceros, la alquimia realmente sirvió para entender...

Los plásticos

En el año 1860 tuvo lugar un descubrimiento que revolucionaría la industria de los materiales. La empresa estadounidense Phelan and Collander, dedicada a la fabricación de bolas de billar, ofreció una recompensa para la persona que desarrollara un sustituto del marfil, material con el que entonces se hacían las bolas de billar. Uno de los participantes en el reto fue Wesley Hyatt, quien mezclando nitrocelulosa y alcanfor logró crear un material duro que patentó con el nombre de celuloide. Dicha sustancia está hoy considerada como el primer material plástico. Más de un siglo después, la industria ha desarrollado alrededor de 2.000 variedades de plásticos que se utilizan para toda clase de productos y elementos de la vida diaria: envoltorios, cables, revestimientos, objetos de decoración, ropa, juguetes, etc. Sus peculiares características –alta resistencia a golpes y a la corrosión, impermeabilidad o dureza–, además de su barata producción, lo han convertido en un material de uso...

Materia programable

La materia programable es cualquier material dotado de la capacidad de modificar sus propiedades de acuerdo con un programa que responde a los valores de los datos de entrada suministrados por el usuario y a capacidades de detección autónoma. Como cualidad fundamental, la materia programable está relacionada con la aptitud de sus componentes de realizar algún tipo de tratamiento de la información computarizado. En un sentido extenso, el objetivo de la tecnología de la materia programable es obtener sustancias capaces de adoptar diversas formas, incluso a escala molecular, cuando se les aplica una instrucción externa. El resultado de este enfoque sería un conjunto de materiales físicos capaces de actuar de un modo semejante al software informático para adoptar distintas formas y texturas. El concepto de materia programable fue propuesto por vez primera en la década de 1991 por el italiano Tommaso Toffoli y el canadiense Norman Margolus para referirse a un conjunto de elementos...

Material inteligente

Se denomina inteligente al material que modifica sus propiedades y comportamiento en función de las variaciones del medio externo, sobre pautas preestablecidas. Los materiales inteligentes, o multifuncionales, conforman un área de atención preferente de la comunidad científica actual. En buena parte se proyectan sobre bases nanotecnológicas y muchos de ellos se plantean también emulando a los sistemas biológicos, por medio de sensores y dispositivos de control, es decir, a partir de criterios biomiméticos. A modo de ejemplo, cabe citar las investigaciones realizadas en 2006, tomando como modelo el hilo de las telas de araña, con propiedades de resistencia y elasticidad muy superiores a las de cualquier fibra conocida y sobre el que se abordan proyectos de diseño de blindajes para vehículos o de suturas para neurocirugía. El principal rasgo de identidad de este tipo de materiales es la adecuación espontánea de sus propiedades a las variaciones de las condiciones externas. En este...

Materiales de invisibilidad

Los materiales para la invisibilidad son sustancias dotadas de una cualidad en virtud de la cual no son vistas por los observadores. Esta propiedad se asocia a modernos tipos de metamateriales creados en el ámbito de la ingeniería y la tecnología que tienen unas cualidades ópticas singulares que les permiten perturbar las características de reflexión de la luz en el espectro visible. Las tecnologías de invisibilidad pueden extenderse asimismo fuera del entorno de la luz visible. Por ejemplo, se habla de aeronaves dotadas de esta cualidad (stealth, en inglés) cuando están provistas de mecanismos y dispositivos preparados para sortear las técnicas de detección utilizadas por técnicas de radar. Sin embargo, en sentido estricto el término se aplica a los materiales aptos para eludir la visión directa del observador. Los desarrollos en las técnicas de invisibilidad se enmarcan dentro del ámbito de la ciencia e ingeniería de nuevos materiales. Después de varios años de investigaciones...

Metamateriales

Materiales artificiales diseñados por ingeniería de manera que expresan propiedades electromagnéticas, acústicas o de otro tipo que no se encuentran en la naturaleza. En términos generales, los metamateriales se conciben y desarrollan no como materiales esencialmente nuevos; sus peculiares cualidades proceden de la singularidad de su estructura interna, geometría, tamaño y orientación molecular. El estudio de estas sustancias es de carácter interdisciplinar y se extiende a especialidades como la ciencia de los materiales, la física de estado sólido, el electromagnetismo, la ingeniería eléctrica y de microondas, la óptica y la optoelectrónica y la teoría de los semiconductores. Los metamateriales fueron propuestos como una posibilidad teórica por el físico soviético Victor Veselago en los años sesenta del siglo XX, en el marco de las investigaciones sobre sustancias con distintos comportamientos ópticos. En concreto, Veselago sugirió que era posible obtener materiales con un índice...

Nanocristales

Un nanocristal es un material con estructura cristalina provisto de dimensiones extraordinariamente reducidas, situadas en el orden de los nanómetros (un nanómetro es igual a la millonésima parte de un milímetro). En sentido amplio se consideran nanocristales aquellas partículas con tamaño comprendido entre 1 y 1.000 nanómetros. De forma más restringida, los nanocristales tienen dimensiones de entre 100 y 400 nanómetros. Dentro de esta clasificación, como caso particular, los materiales semiconductores nanocristalinos cuyo tamaño es inferior a 10 nanómetros reciben el nombre de puntos cuánticos. En principio, los nanocristales se diferencian de las sustancias cristalinas tradicionales en su tamaño minúsculo. Ahora bien, esta cualidad los dota de propiedades singulares. Por ejemplo, los nanocristales de silicio emiten luz de forma eficiente, una cualidad de la que carecen los cristales macroscópicos de este mismo material. Algunas de las sustancias nanocristalinas forman sólidos con...

Nanomateriales

Materiales que poseen propiedades singulares atribuibles a características intrínsecas asociadas a su tamaño inferior a 100 nanómetros al menos en una de sus dimensiones (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). En general, se llama nanomateriales a los diferentes tipos de compuestos y sustancias utilizados en nanotecnología, con dimensiones comparables a la diezmilésima parte del grosor de un cabello humano. Otros conceptos asociados, interpretados como subcategorías de los nanomateriales, son los fullerenos, los nanotubos de carbono, las nanopartículas y los metamateriales. Uno de los rasgos peculiares de los nanomateriales es que, dadas sus dimensiones en el orden de la nanoescala, en su comportamiento se aprecian los efectos de la física cuántica como sucede, por ejemplo, con la acusada reducción en el tamaño de las partículas por el denominado efecto del tamaño cuántico. En general, los nanomateriales se distinguen por cualidades excepcionales de actuación...

Nanotubos de carbono

Formas alotrópicas del carbono que se distinguen por poseer una nanoestructura cilíndrica muy flexible y robusta. Estos materiales poseen propiedades extraordinarias que los hacen especialmente aptos para las aplicaciones de nanotecnología, óptica y física de materiales. En particular, cabe destacar su excelente capacidad como conductores térmicos y eléctricos. Los nanotubos de carbono, considerados integrantes de la familia de los fullerenos, son largas estructuras huecas, curvas y cerradas, que están confinadas entre láminas de grafeno del grosor de un solo átomo. Aunque existe cierta controversia al respecto, se suele considerar que su descubrimiento corresponde al japonés Sumio Iijima en 1991. Estas estructuras se distinguen por su elevada ligereza y porosidad, unida a una alta resistencia mecánica. En consecuencia, los nanotubos de carbono son materiales muy útiles para el refuerzo de las estructuras y la formación de fibras, compuestos y polímeros elásticos, ligeros y...

Otros materiales

Mucho antes de que la industria química desarrollase el innovador plástico, e incluso antes de que las antiguas civilizaciones descubrieran las posibilidades de los metales, el hombre ya se rodeaba de objetos realizados con diversos materiales. Por ejemplo, aprendió que cierto barro obtenido del suelo se podía moldear y tratar con calor para fabricar ollas o vasijas en las que almacenar alimentos. También aprendió a protegerse del frío utilizando primero las pieles de los animales y luego desarrollando tejidos a partir de plantas. Hoy día estos materiales, aunque se ha evolucionado en su producción, siguen siendo útiles debido a sus especiales características. Diferentes de metales o plásticos, elementos como la cerámica, el vidrio o las fibras textiles son muy apreciados para muchos usos: aún se emplea la lana para elaborar prendas contra el frío y se sigue mezclando arcilla para hacer ladrillos. De hecho, continúa la investigación en el desarrollo de nuevas posibilidades con...

Papel

Uno de los artículos más cotidianos del mundo moderno es el papel. Pese al auge de los medios electrónicos, sigue utilizándose para leer, escribir o imprimir textos de toda índole. El papel es producto de la amalgama de varias fibras vegetales, por lo general de celulosa, que se mantienen unidas por puentes de hidrógeno. Las fibras empleadas son generalmente de origen natural (procedentes de pulpa maderera, pero también de algodón, lino, arroz, etc.), aunque es habitual que otras fibras sintéticas como el polipropileno y el polietileno se le añadan para conferirle características especiales. El papel fue uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China, junto a la brújula, la pólvora y la imprenta. Su invención se atribuye a Cai Lun, un funcionario de la dinastía Han que vivió en el siglo II de la era cristiana. No obstante, se han hallado restos de papel no escrito que se remontan al siglo II a.C. Por aquellos tiempos se empleaba, entre otras cosas, para empaquetar o...