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Tema 8. NUEVAS NECESIDADES, NUE
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Tema 8. NUEVAS NECESIDADES, NUE

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  • 1. Tema 8. NUEVAS NECESIDADES, NUEVOSMATERIALES
  • 2. Índice:1.- Materia2.- Materiales3.- Materia prima4.- Acero, plástico y papel5.- Nanociencia6.- Nanotecnología
  • 3. La MateriaLa materia está constituida por átomos.Los 116 átomos conocidos se recogen yorganizan en la tabla periódica.
  • 4. ¿Cuáles son naturales?De ellos 90 son naturales yse han ido formando en:• Primeros instantes deluniverso (H,He y Li),• Interior de las estrellaspor fusión del H y He (C,N, O, hasta el Fe)• Explosiones desupernovas (el resto,como el Au y la Ag).
  • 5. A partir de los átomos (“ladrillos”) por combinación o mezcla secompondrá toda la materiaLos átomos son las partículasconstitutivas de los elementosquímicos, cada uno con suspropiedades.Los elementos se combinan para formarlos compuestos químicos (depropiedades diferentes a loselementos).Los elementos y/o compuestos sepueden mezclar para mejorar algunasde sus propiedades, adecuadas adeterminadas funciones, (el Cu y el Snse mezclan para obtener la aleacióndenominada Bronce).Los materiales se pueden mezclar paradar lugar a un material depropiedades distintas a los primerosque denominaremos composite(adobe de barro y paja, maderacontrachapada o poliamida).
  • 6. MATERIALESSe denomina material a la materia preparaday disponible para elaborar cualquierproducto.Tipos según procedencia:• Naturales (obtenidos de la naturaleza) :madera, granito. Etc.• Transformados (obtenidos por transformación omezcla de material natural): papel, cauchovulcanizado, cemento, acero, etc.• Artificiales o sintéticos (obtenidos de procesosquímicos o físicos): plásticos, fibras artificiales,etc.• Reciclados (a partir de objetos del mismomaterial): papel, vidrio, etc.
  • 7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALESMecánicas DensidadMasa contenidaen la unidad devolumenMadera flota enel aguaDurezaResistencia aser rayadoEl más duro esel diamanteTenacidadSoportar golpessin romperseMartillo deaceroDuctilidadEstirares enhilosHilos de cobreFragilidadSe rompe conlos golpesEn el vidrio seincrustan otrosmateriales parareducir lafragilidadMaleabilidadExtenderse enláminas oplanchasPapel dealumnioResitencia aTracciónCompresiónTorsiónFlexiónElasticidadRecupera laformaLa fibra decarbono esmuy flexiblePlasticidadCapacidad dedeformarse sinrompersePlastilinaÓpticas ColorBorde rojo indicapeligro enseñales de tráficoTransparenciaLa fibra de vidrio( muytransparente)permite paso luzsin atenuarseReflectividadSeñales viarias ychalecosreflectantesIndicerefracciónCada materialrefracta la luz deunamanera(gafas)BrilloBrillantesFluorescenciaLámparasfluorescentesCapacidad depolarizaciónde la luzPantallas decalculadora decristal líquidoTérmicas Tª de FusiónWolframio de la bombillas (alta tª defusión)Conductividad térmicaBaquelita(mango sartenes). AislanteCapacidad de dilataciónTermostatos(dos láminas de diferentedilataciónCalor específicoPlatos de barro conservan calor (Alto calor específico)ElectromagnéticasConductividad eléctricaHilos de Cobre, PlataComportamiento magnéticoAgujas de brújula atraídas por imánAcústicas Conductividad del sonidoPorexpan (aislante)Químicas Resistencia a la corrosiónAceros inoxidables
  • 8. MATERIA PRIMA• Sustancia que se extrae directamente de la naturaleza apartir de la que se obtienen los materiales.La obtención de materias primas es un factor que afectaa la economía y pueden acarrear problemas políticos,sociales y medioambientales.
  • 9. De la materia prima(minerales) almaterial (metal)• Uno de los materiales más utilizados son los metales.• De la mina se extraen los minerales, de los que se separala ganga de la mena, a partir de la que se obtienen losmetales mediante dos procesos:• reducción por calor (Fe, Zn, Ag)• electricidad(electrólisis) (K, Na, Li, Ca, Mg, Al)
  • 10. El coltánMezcla de dos minerales: La columbita (óxido de niobio con hierro y magnesio) y laTántalita (óxido de tántalo con hierro y magnesio) que se encuentran juntos comoparte de ciertos granitos; a partir de ellos se obtienen:– El Niobio (Nb): fabricación de imanes de alto poder magnético, clave del desarrollo demicromotores(discos duros), altavoces y auriculares potentes y precisos. Tiene aplicacionespara ordenadores, industria aereospacial, levitación magnética o implantes médicos– El Tántalo(Ta): fabricación de condensadores, está presente en todas las baterías de móvileso aparato con baterías recargables.Su valor es muy alto, por lo que controlar su producción es un negocio rentable paragobiernos, distribuidores y fabricantes. Sin embargo a la República Democrática delCongo le ha traído muchos problemas.
  • 11. El aceroAleación de hierro con carbono. Es un material muy versátil.La aleación con otros metales cambia algunas de las propiedades del acero ypermite ajustarlas al uso concreto que se le quiera dar.Aleación con% carbonoPropiedades Usos Aleación conmetalPropiedades Usos0,007-0,25 Fácil trabajaren fríoChasis coches Molibdeno Mantieneresitrencia aaltas TªHerramientascorte ypreforación0,25-0,50 Resistente aldesgasteEjes,engranajesCobalto Magnetizable Imanes0,85-1,2 Fuerte yresitente aldesgasteRasílesinstrumentosde cortesNiquel y cromo Resitente yduroCruces líneasferroviarias2,5-3,8 Fácil demoldear,quebradizoPistones yciilindrosTugsteno Pto Fusión muyaltoInstrumentoscorte yperforaciónVanadio Fuerte, duro Herramientas
  • 12. Los plásticos• La plasticidad es una propiedad de losmateriales que permite que se les défácilmente la forma que convenga.• Los plásticos se obtienen artificialmente apartir de pequeñas moléculas denominadasmonómeros (iguales o distintos) que se vanuniendo en un gran número para formarmoléculas mucho mas complejas(polímeros) mediante un procesodenominado polimerización.
  • 13. El papel
  • 14. Es un material básico en la actualidad.Futuro: Tinta electrónica y papel electrónico.Problemas asociados SolucionesDeforestación:3 millones de m3de madera por año enEspaña-Plantación y Tala controlada,-- Uso de materias primasdiferentes( cáñamo, lino oalgodón)- Reutilización fibras de papelusado.Agua gastada35 m3/Tm de cartón200m3/Tm papel escrituraCiclos cerrados de aguaContaminación ríos (Azufre, Cloro,Ozono para el blanqueado)Energía4% de la energía generada en EspañaReciclar papel consume menos.
  • 15. NANOCIENCIA
  • 16. NANOCIENCIA• Disciplina que estudia todos losaspectos científicos a tamañonanométrico.• (1 nanómetro (nm) = 10-9m)• Con los microscopios de efecto túnelpodemos “ver” y “coger” los átomospara fabricar sustancias y piezas detamaño atómico (más pequeños que lascélulas).
  • 17. El carbono es el elemento más importante denuestra existencia, es muy abundante en lanaturaleza y hemos aprendido a elaborar un buennúmero de objetos de uso cotidiano en deportes,medicina, construcción de puentes y aviones...(diamante, grafito, fibra de carbono).A nivel nanoscópico ya se ha obtenido el fulereno(C60 ) en forma de balón de fútbol que podría contenerlas dosis de un determinado medicamento que soltaríaen las proximidades de las células infectadas.También se le puede dar forma de tubo(nanotubos). Hasta ahora se ha conseguido unalongitud de18 mm. Estos se pueden convertir ennanocables si se combinan con un conductor (Boro) onanointerruptores con un semiconductor.El grafeno es una sustancia formada por carbonopuro, con átomos dispuestos en un patrón regularhexagonal similar al grafito, pero en una hoja de unátomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1
  • 18. El grafeno es una sustancia formada porcarbono puro, con átomos dispuestos en unpatrón regular hexagonal similar al grafito,pero en una hoja de un átomo de espesor. Esmuy ligero, una lámina de 1 metro cuadradopesa tan sólo 0,77 miligramos.El Premio Nobel de Física de 2010 se leotorgó a Andre Geim y a KonstantinNovoselov por sus revolucionariosdescubrimientos acerca del materialbidimensional grafeno.GRAFENO: EL MATERIAL DEL FUTURO
  • 19. NANOTECNOLOGIA• Ciencia aplicada dirigida al diseño, fabricación y aplicación de materialesy aparatos a escala nanométrica.• Podremos fabricar máquinas de tamaño microscópico.• Podremos diseñar nuevos materiales que se comportarán de unadeterminada manera únicamente en una situación concreta.• Estamos en los inicios pero dentro de 5 a 15 años se espera una granexplosión, lo que supondrá: una transformación de los sistemas deproducción, aceleración de la producción, afectará a todas las industrias,materias primas más baratas y mínimización de costes de producción,una transformación global.
  • 20. PRIMEROS PASOS• Aplicaciones Eléctricas.* Batería flexible de nanotubos de carbono. Mezclando nanotubos con papel.Baterías de papel enrollables que no se pegan.* LED. Sustituto de bombillas: más duraderas, eficaces, menor consumo y másrápidas.• Aplicaciones electrónicas* Nanochips de unos 500 nm (0,0005).• Aplicaciones medicina y farmacia* Investigación con medicamentos en el interior de los fulerenos (buckyballs).• Aplicaciones textiles* Fabricación de tejidos que repelen los líquidos (fibras con nanotubos)(tapicerias...)• Aplicaciones arquitectura y urbanismo* Recubrimientos que repelen la pintura de los graffitis.* Vidrios fotocrómicos que cambian el color con la luz incidente (control Tªinterior de habitaciones y protección frente a rayos UV e IR).* Cerámica: sanitarios que repelen los líquidos.