Nuevos Materiales

1. Nuevos Materiales Trabajo realizado por: Sara Calderón, Irene Herrero, Rocío Hinojosa, Adrián Gallego y David Gallego.

2. Índice • Introducción • Nanomateriales • Superconductores • Biomateriales • Formas comerciales • Impacto medioambiental

3. Introducción El descubrimiento o creación de un nuevo material siempre produjo un gran cambio tecnológico a nivel mundial, cambiando a su vez la vida cotidiana de las personas, en su mayoría de veces para mejor. Hoy en día, debido a los avances de física, química e informática, la creación de nuevos materiales se ha convertido en algo recurrente.

4. Tipos de nuevos materiales • Estructurales: aquellos ya que se han estudiado. Se producen en grandes cantidades por su utilidad residente en sus propiedades mecánicas. Se usan en la fabricación de estructuras, como puentes, en la fabricación de energía, además de en la fabricación de ropa y material deportivo.

5. Material flexible que puede recordar a una esponja, puede comprimirse hasta un 80% en tamaño • A diferencia que es más resistente que el acero • Se trata de aluminio cubierto de pequeñas esferas de acero • Es flexible, ligero y tan resistente podría tener muchas aplicaciones, desde chalecos antibalas hasta protecciones para vehículos que redujeran el efecto de un impacto • Según pruebas realizadas, el material absorbe entre 7 y 8 veces más energía que otros materiales.

6. Funcionales: sus propiedades no son de tipo mecánico, sino en las: • Químicas • Magnéticas • Electrónicas • Ópticas

8. Materiales orgánicos: virus modificados genéticamente (no afectan a los humanos), se usarían en sistemas ópticos y electrónicos (fabricar microprocesadores más rápidos). • Materiales inteligentes: capaces de reparar tejidos deteriodados. • Materiales de nanocompuestos: fabricar componentes electrónicos de mayor capacidad, velocidad y menor volumen. http://www.youtube.com/watch?v=MC-o5IzdOqE

9. Nanomateriales La nanoescala está situada entre la microescala (1 micrómetro) y la escala atómica/molecular (alrededor de 0.2 nanómetros). Materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro (unidad de longitud equivalente a una millonésima parte de un metro) en al menos una dimensión.

10. Aspectos a favor • La nanotecnología es la tecnología basada en la razón de superficie a volumen. • Su nanoescala propicia la aparición de nuevos efectos mecánico cuánticos. • Las propiedades electrónicas de los sólidos se ve alterada con una gran reducción en el tamaño de las partículas. • Varias propiedades físicas cambian cuando se compara con sistemas macroscópicos. • Investigación nanomecánica y novedosas propiedades en la interacción con biomateriales.

12. Propiedades • Sustancias opacas se vuelven transparentes (cobre). • Materiales inertes se transforman en catalizadores (platino). • Materiales estables se transforman en combustibles (aluminio). • Sólidos se vuelven líquidos a temperatura ambiente (oro). • Aislantes se vuelven conductores (silicona).

14. Aplicaciones • La mayoría referentes al campo de electrónica, como el carbono. 2. Otros materiales se utilizan en el campo de las células solares, como el fluoreno.

15. Nanotubos de carbono • Procedente del grafeno, sustancia muy importante formada por carbono puro. • Eléctricamente, pueden comportarse tanto como semiconductores como superconductores • Su estructura es una lámina de grafito enrollado sobre sí misma. • Capacidad de ser la fibra más resistente que se puede fabricar hoy día, a la par que elástico. • Están siendo estudiados activamente, como los fulerenos (derivados en los que el tubo está cerrado por media esfera), por su interés fundamental para la química y por sus aplicaciones tecnológicas. • Algunos modelos predicen que la conductividad térmica puede llegar a ser tan alta como 6.000 W/mK a temperatura ambiente.

17. Transistor fabricado con nanotubos de carbono Un procesador de ordenador hecho de nanotubos de carbono es comparable a un chip de la década de los 70, y podría ser el primer paso para ir más allá de la electrónica de silicio.

18. Propiedades del carbono • Alta resistencia y gran flexibilidad. • Baja densidad, es un material muy resistente y ligero. • Buen aislante térmico. • Resistente a numerosos agentes corrosivos. • Posee propiedades ignífugas.

19. Superconductores Un superconductor no presenta resistencia al paso de corriente. Por lo tanto, un superconductor puede conducir corriente indefinidamente sin pérdida de energía aunque esté desenchufado.

20. A muy bajas temperaturas algunos materiales tales como el plomo y el aluminio cambian radicalmente sus propiedades eléctricas y magnéticas. No poseen resistencia eléctrica por lo que el superconductor es un conductor perfecto y la conducción de los electrones se realiza sin pérdidas de energía. Los superconductores además expulsan el campo magnético lo que da lugar a fenómenos de levitación muy espectaculares.

21. Efecto meissner consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica. el campo magnético se anula completamente en el interior del material superconductor y que las líneas de campo magnético son expulsadas del interior del material, por lo que este se comporta como un material diamagnético perfecto. http://www.youtube.com/watch?v=Z4XEQVnIFmQ

22. Clasificación según el campo magnético Superconductores de tipo I : Tienen un campo magnético y en presencia de este establecen corrientes superficiales que impiden que dicho campo penetre en el material. Estos materiales cambian bruscamente de estado superconductor al normal.

23. Clasificación según el campo magnético Superconductores de tipo II: Tienen dos campos magnéticos, el superconductor en este caso atrapa parte del campo magnético formando vórtices. Estos vórtices están anclados al superconductor. Cuando ocurre esto el imán que está levitando encima de él también está anclado y cuesta mucho separarlos. Este fenómeno nos permite construir trenes que leviten sobre una vía magnética sin descarrilar.

24. Ventajas • 1. Resistencia eléctrica nula a la  corriente continua • 2.Conducen la electricidad sin pérdida de energía, y por tanto, podrían utilizarse en lugar de los conductores para ahorrar energía. • 3.Tienen capacidad para crear campos magnéticos intensos. Estos campos pueden ser generados por imanes superconductores relativamente pequeños. • 4.Pueden utilizarse para formar uniones Josephson, que son conmutadores superconductores.

25. Aplicaciones -Eficiencia energética- Medicina- Electrónica- Nanotecnología-Grandes instalaciones científicas-Construcción de trenes de levitación

27. Ejemplos de superconductores -Elementos puros el niobio, el tecnecio, el vanadio.-Aleaciones, como por ejemploEl NbTi (niobio-titanio)El AuIn (oro-indio)El URhGe (aleación de uranio, rodio y germanio)

28. Superconductores orgánicos, estructuras de carbono (concretamente fulerenos y nanotubos). • Cerámicas entre las que tenemosEl grupo YBCO, conocido por sus siglas inglesas para óxidos de itrio, bario y cobre, son toda una familia de materiales muy complejos, y los superconductores de alta temperatura,el diboruro de magnesio.

29. Un biomaterial es una sustancia farmacológicamente inerte diseñada para ser implantada o incorporada dentro de sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o reemplazar algún tejido, órgano o función del cuerpo.

30. Están expuestos a fluidos del cuerpo: -De modo temporal -De modo permanente Aunque en realidad pueden estar localizados fuera del propio cuerpo (materiales dentales).

31. Los biomateriales están destinados a la fabricación de piezas o aparatos y sistemas médicos para su aplicación en seres vivos. BIOCOMPATIBLES -Bioinertes.- Influencia nula o muy pequeña en los tejidos vivos que los rodean. -Bioactivos.- Aquellos que pueden enlazarse a los tejidos óseos vivos. Origen: -Artificial (cerámicas, polímeros, metales…) -Biológico (colágeno, quitina, etc.)

32. Clasificación de los biomateriasles 1) Poliméricos (implantes quirúrgicos, clínicas, membranas protectoras, etc.) -Naturales -Sintéticos Se pueden encontrar formulaciones: -Bioestables.- Carácter permanente. -Biodegradables.- Carácter temporal.

34. 2)Metálicos -Deben ser tolerados por el organismo para su utilización, por lo que es muy importante la dosis que puede aportar a los tejidos vivos. -Deben tener una buena resistencia a la corrosión. -Se usan cuando es imprescindible soportar carga. ej: prótesis de cadera Aleaciones de Cr+Co o Ti-Al

36. 3)Cerámicos. -Baja reactividad química (carácter inerte) ↓ Biocompatibilidad. -No todas las biocerámicas son inertes. -Fabricación de implantes que no deban soportar cargas

37. -Se introducen cuando comenzaron a verse fracasos en los biomateriales utilizados hasta el momento (acero, aleaciones de Co - Polimetil Metacrilato, etc.) -Vidrios y vitrocerámicas bioactivos ↓ Eliminación de células cancerígenas en huesos, mediante el método de hipertermia

39. Estudio de los biomateriales La biomecánica.- Estudia la mecánica y la dinámica de los tejidos y las relaciones que existen entre ellos. -Muy importante en el diseño y el injerto de los implantes. -No se puede hablar del éxito de un implante hasta pasado un tiempo (rehabilitación del paciente). ej: en un implante de cadera se presentan cuatro factores independientes: fractura, uso, infección y desprendimiento del mismo.

40. Formas comerciales Nanomateriales: • En forma circular (nanotubo sillón) • En forma espiral, helicoidal (tubo quiral) • Nanomateriales de carbón: Nanotubos en forma cilíndrica.

41. Superconductores: • Orgánicos: en forma de fulerenos o  nanotubos • Aleaciones: En distintas formas de imanes entre otras.

42. Biomateriales: Tienes muchas formas comerciales entre otras están tornillos, alambres, barras intermedulares, valvulas cardíacas, etc. Se pueden hacer tanto orejas hasta dientes y mandibulas o lentillas.

43. Impacto en el hombre, nanomateriales • Las propiedades diferenciadas de los nanomateriales, asociada a su nanoestructurada, puede producir un aumento de su toxicidad. • Estudios experimentales en ratas muestran inflamación pulmonar y tumores en el pulmón. Por lo que se siguen investigando caraterísticas físicas y químicas que son peligrosas tanto para el ser humano y el medio ambiente.

44. Impacto medioambiental La obtención, transformación y deshecho o reciclado de los nuevos materiales producen un impacto ambiental. En la siguiente tabla podemos observar el impacto medioambiental que causan los nuevos materiales

46. Fin