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metálicos pesados que deben su nombre a su escasa abundancia, pero que cada vez son menos raras y
3.6. Los nuevos materiales. más fáciles de encontrar en nuestras casas. Por ejemplo, el itrio (Y), el neodimio (Nd), el samario (Sm)
el europio (Eu), o el gadolinio (Gd) son tierras raras. El vanadato de itrio (YVO4) y más recientemente
Además de los materiales cotidianos que configuran nuestro entorno, existe toda una fauna de el óxido de itrio (Y2O3) dopados con una pequeña cantidad de europio se usan como pigmentos
materiales invisibles. Son especies y subespecies de materiales que no están a la vista pero que fosforescentes rojos en nuestros televisores. El color verde corre generalmente a cargo de un silicato de
constituyen la esencia de multitud de dispositivos y productos que cada vez nos parecen más cinc (Zn2SiO4) dopado con manganeso (Mn) y del color azul se suele encargar el sulfuro de cinc (ZnS)
indispensables. dopado con plata.
Sólo tienes que mirar a tu alrededor y pararte un momento a pensar en los materiales que usamos para Las tierras raras se emplean también en otros tipos de materiales funcionales. Los granates sintéticos a
construir nuestras cosas. Metales, plásticos, cada vez menos madera y algún que otro tejido natural base de itrio-hierro o itrio-aluminio, tienen un buen mercado como piedras preciosas artificiales pero
están por todas partes. Incluso aunque te escapes a la playa estos materiales te seguirán discretamente además se usan en la industria de las telecomunicaciones como filtros de microondas. O las aleaciones
en forma de sombrilla o bañador. En casa y en la oficina tenemos también yeso, cemento, gres, vidrio y de neodimio-hierro-boro o cobalto-samario que forman imanes permanentes de lo mejorcito que hay en
otros materiales minerales, y el camino lo haremos sobre ruedas de caucho vulcanizado y asfalto el mercado. Otra aplicación muy específica y reciente de tierras raras es el uso de un fosfato de bario y
derivado del petróleo. Todos estos son materiales estructurales y se usan en la construcción de todo tipo europio en películas sensibles a los rayos-X que permiten la obtención de radiografías de buena calidad
de objetos, grandes y pequeños, modernos o antiguos. Son materiales cuya utilidad reside en sus con sólo la mitad de exposición del paciente a la radiación
propiedades mecánicas, resistencia y bajo precio; se producen en cantidades masivas y están a la vista
por todas partes. Los avances en el desarrollo de materiales funcionales son continuos y abarcan efectivamente infinidad
de aplicaciones, pero son sólo perceptibles de forma indirecta. A menudo sólo son patentes a través de
Pero hay otros materiales mucho menos conspicuos, casi invisibles a nuestros ojos que pasan las mejoras que propician en los dispositivos donde residen y a veces pueden pasar incluso
prácticamente desapercibidos delante de nuestras narices y que no obstante son imprescindibles en desapercibidos. Como en el caso de las películas ultrasensibles a los rayos-X, que pasarán normalmente
numerosas aplicaciones y en dispositivos que hoy en día ya consideramos cotidianos. La televisión, un desapercibidas para los pacientes que se beneficien de ellas.
tubo fluorescente, una cinta de vídeo o la tarjeta de crédito, por ejemplo. No se trata en esta ocasión de
materiales estructurales, sino de materiales funcionales, y su utilidad reside no tanto en sus propiedades Sin embargo, en los tiempos que corren no faltan ejemplos de avances tecnológicos evidentes para
mecánicas como en sus propiedades químicas, magnéticas, ópticas o electrónicas. Puede que sólo cualquiera y que están fundamentados en buena parte en el desarrollo de nuevos materiales funcionales.
representen una pequeña parte de los dispositivos en los que actúan, pero cumplen en ellos un papel Por ejemplo, el salto de ordenadores de sobremesa a ordenadores portátiles fue posible no sólo gracias
estelar. a la miniaturización de la electrónica, sino también gracias a la incorporación de pantallas planas que
pudieran sustituir al voluminoso tubo de rayos catódicos. Estas pantallas se pudieron desarrollar gracias
3.6.1. Principales características y usos de los nuevos materiales. al descubrimiento de un tipo de materiales con una estructura y unas propiedades ópticas muy
peculiares: los cristales líquidos. Materiales con moléculas alargadas que se orientan de forma ordenada
Ahí tenemos por ejemplo los materiales fosforescentes de las pantallas de TV, que se iluminan en como en los sólidos cristalinos pero que pueden desplazarse unas respecto a otras, como en un líquido.
colores cuando los alcanzan los electrones del tubo de rayos catódicos. A escala casi microscópica se
distinguen en la pantalla de televisión pequeños puntos con pigmentos fosforescentes de color rojo Los cristales líquidos pueden permitir el paso de la luz o pueden bloquearla inducidos por la acción de
verde y azul que forman la imagen. Estos materiales han ido evolucionando y ganando en sofisticación un campo eléctrico y gracias a ello sirvieron para el desarrollo de pantallas planas, que además de en
con el tiempo. ordenadores portátiles se usan también en calculadoras, teléfonos móviles, paneles electrónicos y otros
dispositivos.
Representación de una molécula de cristal líquido
como las que se emplean en la fabricación de
pantallas ultraplanas.
Estructura RGB (Red-Green-Blue) de
nuestras pantallas en color
En los televisores en blanco y negro por ejemplo el material fosforescente que cubría el interior de la
pantalla era una mezcla de sulfuro de cinc (ZnS) y de sulfuro de cinc y cadmio (ZnxCd1-xS) dopados
ambos con plata (Ag). La televisión en color impulsó el desarrollo de nuevos materiales fosforescentes
y hoy en día se emplean compuestos exóticos a base de las llamadas "tierras raras", elementos
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2. DOCUMENTO BASE QUÍMICA I DOCUMENTO BASE QUÍMICA I
implantación en el "Silicon Valley" californiano. Pero a pesar de numerosas mejoras técnicas logradas
con muchos años de investigación y desarrollo, el silicio sigue siendo caro y delicado.
Estructura de una célula solar fotoelectroquímica. El
ITO (Indium-Tin Oxide) es un material esencial en
Modelo idealizado de las cadenas moleculares de un
el diseño de éste y cualquier otro tipo de
polímero conductor (polianilina). Un plástico con
dispositivos en los que se precise conducción
propiedades de semiconductor.
eléctrica y transparencia óptica (por ejemplo en
pantallas planas. El ITO es un material literalmente
invisible
Por otra parte, para el desarrollo de pantallas planas fue necesario contar también con materiales Ya hace años que investigadores de todo el mundo buscan alternativas que pudieran suplirlo al menos
conductores transparentes en forma de finas películas depositadas sobre el vidrio para actuar como en algunas aplicaciones. Una de estas alternativas, que hoy puede parecer de ciencia-ficción es el
electrodos sin bloquear el paso de la luz. En este caso se trataba de conseguir un electrodo literalmente desarrollo de semiconductores poliméricos. De momento no se trataría de sustituir al silicio en los
invisible. El óxido de estaño dopado con indio (SnO2:In2O3. ITO, según sus siglas en ingles, indium-tin ordenadores, sino de inaugurar nuevas aplicaciones basadas en circuitos y dispositivos electrónicos
oxide) vino a cubrir el hueco tecnológico gracias a su peculiar combinación de propiedades hechos de materiales plásticos, baratos, flexibles y resistentes. Desde los años 80 se conocen las
semiconductoras y transparencia óptica y dio pie a su vez al desarrollo de toda una nueva línea de peculiares propiedades de toda una familia de polímeros orgánicos capaces de conducir la corriente
aplicaciones impensadas hasta entonces. eléctrica en determinadas condiciones e impedir su paso en otras, de forma similar a como lo hace el
silicio. Estos primeros materiales orgánicos encontraron pronto diversas aplicaciones como materiales
La batería es otra fuente de nuevas demandas tecnológicas. El equipo portátil necesita una fuente
funcionales, pero en el duro terreno de los semiconductores industriales no eran muy eficientes
autónoma de alimentación, pero una batería recargable convencional a base de plomo sería demasiado
comparados con el silicio. Sin embargo, los esfuerzos continuados de muchos laboratorios han ido
pesada y con poca carga. ¿Quién compraría un portátil en el que la batería pesara más que el resto del
dando sus frutos. Recientemente se han desarrollado materiales orgánicos de segunda generación, así
equipo?. Un diseño práctico requería baterías más ligeras. En este caso fue el oxihidróxido de níquel
como otros materiales inorgánicos e incluso híbridos orgánico-inorgánicos que se van acercando en
(NiOOH) el que llegó al rescate como material electro activo en los cátodos de baterías de níquel-
eficacia al silicio. Ahora ya parece sólo cuestión de tiempo que algunos de ellos lleguen a alcanzar un
cadmio (NiOOH/Cd) y de níquel-hidruro metálico. Ambas pueden almacenar mucha más carga por
nivel práctico de aplicación para que empecemos a ver etiquetas plásticas computerizadas o paneles
unidad de masa (carga específica) que las de plomo. Cuando en nuestros portátiles, teléfonos móviles o
electrónicos flexibles y posiblemente nuevas aplicaciones que superarán nuestras expectativas. Nuevas
videocámaras coloquemos baterías recargables de litio, todavía con mayor carga específica y menor
aplicaciones que serán posibles gracias al desarrollo de materiales que no podremos ver.
impacto medioambiental, habremos dado un paso más en nuestro largo camino de evolución
tecnológica. Los nuevos materiales que lo hacen posible, óxidos mixtos como el LiCoO2, el LiMn2O4 y
3.6.2. Impacto en la sociedad.
otros óxidos, seguirán escondidos a nuestra vista pero el menor peso del equipo y la mayor duración de
la carga de la batería nos recordarán que están allí.
Los materiales sobre los que se asentaba la tecnología eran suficientemente cotidianos y limitados en
número como para ser socialmente asimilables. Los metales eran los de toda la vida, opacos y buenos
El óxido LiMn2O4 es uno de los conductores, los plásticos eran aislantes y el diamante era el único duro de la película. Pero en un corto
materiales en estudio para el espacio de tiempo nos han cambiado mucho las cosas. Los científicos del gremio parecen empeñados
desarrollo de nuevas baterías en poner apellidos exóticos a los más variados materiales. En el mercado tecnológico tenemos ahora
recargables de ion litio. La nuevos productos como los óxidos superconductores, el carbono molecular, los polímeros conductores
figura muestra su estructura e incluso los metales transparentes. Es natural que la gente se pregunte qué es todo esto. ¿Se trata de
(tipo espinela) en la que los una revolución en marcha o de una moda pasajera impulsada por los científicos en sus torres de
iones Li+ (azules)se difunden a marfil?. En definitiva, ¿para qué queremos polímeros conductores?, ¿por qué necesitamos metales
través de una red transparentes?. ¿No nos vale con nuestros polímeros transparentes y nuestros metales conductores?.
tridimensional.
La respuesta es sencilla; si decidimos limitarnos a disfrutar de los dispositivos y tecnologías de hace
Baterías más ligeras y con mayor capacidad de carga, o dispositivos de almacenamiento de energía años, entonces, efectivamente no nos hacen falta nuevos materiales. Pero si pretendemos continuar, aun
ultraplanos y flexibles son sólo algunos de los productos que nos irán sorprendiendo en un futuro humildemente, el camino que va de la piedra filosofal a la ciencia y tecnología del mañana,
próximo gracias al desarrollo de nuevos materiales funcionales. Pero no serán los únicos. Los necesitaremos materiales avanzados. Materiales que se adelantan a sus propias aplicaciones y que en
materiales semiconductores como el silicio, que ha reinado en los chips de los ordenadores desde su algunos casos pueden llegar a constituir el germen de nuevas tecnologías. Como los materiales
nacimiento permitieron en su momento toda una revolución tecnológica e industrial con su funcionales antes descritos y muchos otros que darían para escribir mucho más.
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