Unidad 7
Nuevos materiales
para nuevas necesidades
7.1. Definición y clasificación de materiales
Los materiales son sustancias (elementos o componentes) que nos permiten
fabricar objetos.
Según su procedencia se clasifican en:
• Materiales naturales: Se pueden obtener directamente del medio mediante técnicas
que no implican la transformación de su naturaleza primaria.
• Materiales transformados: sufren algún tipo de elaboración o manufactura previa a
su utilización.
• Materiales sintéticos: son fabricados de forma artificial por el ser humano a través de
procesos químicos industriales.
Las propiedades a tener en cuenta a la hora de analizar un material son:
técnicas
ópticas
sensoriales
químicas
mecánicas
eléctricas
Agrupando algunas de estas propiedades, un material sólido se puede clasificar
como:
Metálico
Cerámico
Polímeros (plásticos)
Materiales compuestos (composites)
1
7.2. Materiales con historia
La evolución de las sociedades humanas ha estado ligada al desarrollo de
nuevos materiales.
Todo natural: piedra y madera
Paleolítico: fabricación de los primeros utensilios en cuarcita, sílex, madera,
cuero y fibras vegetales.
Neolítico: descubrimiento de la cerámica y posterior fundición de metales.
Los metales (Edad de los metales): cobre, bronce, hierro… proceso de
metalurgia más desarrollado (extracción y tratamiento).
Materiales de la energía: petróleo y carbón
Utilizados desde la Antigüedad. El carbón se convirtió en un elemento
estratégico durante la Revolución Industrial. Los usos actuales del carbón son
producción de electricidad y acero, y fabricación de cemento.
El petróleo sustituyó al carbón como principal fuente de energía primaria en la
segunda mitad del siglo XX. Se utiliza en la actualidad para fabricar
combustible, cremas y vaselinas, materia prima de plásticos y asfalto para
carreteras.
2
3
7.2. Materiales con historia
La era del plástico
La humanidad lo ha utilizado durante milenios en forma de algodón, seda, etc.
En el siglo xx, los químicos lograron imitar estos compuestos obteniendo en el
laboratorio polímeros sintéticos o plásticos a partir de metano, etileno,
propileno, butileno, benceno, tolueno y otros derivados del petróleo.
Los plásticos o polímeros sintéticos son materiales orgánicos constituidos por
largas cadenas de unidades repetidas (monómeros) formadas principalmente
por átomos de carbono e hidrógeno.
Propiedad característica: elásticos y fácilmente moldeables, resistencia a la
corrosión y bajo peso
amplio uso.
Nuevos plásticos muy prometedores:
• Los bioplásticos: hechos a base de recursos naturales renovables y
generalmente biodegradables.
• Los plásticos conductores de la electricidad: fabricados añadiendo una
delgada lámina de metal al polímero.
4
7.3. Los materiales del siglo XXI
Materiales de las nuevas tecnologías
Extracción costosa y compleja que, a menudo, causa problemas al medio
ambiente:
Aluminio
• Resiste a la
corrosión y es ligero.
• Se utiliza para la
fabricación de latas
de conservas,
ventanas, vehículos,
bicicletas, etc.
Silicio
• Salvo que sea
sometido a
determinadas
condiciones de
calor, luz o carga
eléctrica, es
semiconductor (no
conduce la
electricidad).
• Se utiliza para los
componentes
electrónicos (LEDs,
memorias, etc.).
Coltán
Litio
• Resistencia a la
corrosión y la
capacidad de
soportar altísimas
temperaturas
(ultrarrefractarios).
• Sus dos minerales
(columbita y
tantalita) contienen
elementos
imprescindibles para
el desarrollo de los
modernos
dispositivos
electrónicos .
• El más ligero de los
materiales.
• Se utiliza para las
baterías recargables
de los móviles, los
ordenadores
portátiles y también
de los coches
eléctricos.
Materiales en camino
5
El grafeno y el siliceno pueden llegar a tener interesantes aplicaciones en la
industria fotovoltaica, para la fabricación de baterías, en la industria
aeronáutica, en electrónica, etc. y son menos contaminantes.
6
7.4. El ciclo de los materiales
Los materiales actuales dependen de los recursos naturales existentes en
nuestro planeta y deben ser sometidos a un proceso de transformación.
actividad altamente impactante:
coste económico
repercusión negativa para el medio ambiente
El denominado Análisis del Ciclo de Vida (ACV) estudia el impacto de un
material o producto sobre el medio ambiente desde que se obtienen las
materias primas hasta el momento en que se desecha. Por eso también se
conoce como análisis «de la cuna a la tumba».
El ciclo de un material puede acabar de varias maneras:
• Desecho y acumulación en vertederos.
• Biodegradación que le permite regresar al ciclo natural.
• Reciclaje y reutilización para formar parte de un nuevo ciclo productivo.
7
8
7.4. El ciclo de los materiales
Ventajas:
Localización
Extracción
• Desarrollo económico e
industrial de la sociedad
• Beneficios para la vida y el
desarrollo de la humanidad
•…
Inconvenientes:
Repercusión
Transformación
• Agotamiento de los
recursos
• Gasto desmedido de una
sociedad de consumo
• Aumento de los residuos
•…
Consumo
IMPORTANTE:
USO Y CONSUMO
RESPONSABLE
9
10
11
7.5. Los materiales que vienen
Desafíos de cara al futuro:
• Fabricar materiales más ligeros.
• Reducir los costes de fabricación.
• Eliminar los componentes
contaminantes o tóxicos.
• Utilizar materiales
biodegradables.
• Facilitar tanto el reciclaje como la
reutilización.
• Optimizar los diferentes procesos
de fabricación.
• Disminuir el gasto en materia
prima.
Retos
Innovación
Minimizar los costes medioambientales, sociales y económicos de los
materiales que utilizamos.
• Conseguir fuentes de energía
sostenible, inagotable y barata.
• Conocer, manipular y controlar la
materia en su escala más
pequeña.
• Conseguir materiales que se
adapten a diferentes condiciones
externas.
Los materiales inteligentes, también llamados activos, son aquellos capaces
de reaccionar a los estímulos externos físicos o químicos, de forma reversible y
controlable, modificando sus propiedades.
12
13
Descargar

Document