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Materiales Modernos - Coggle Diagram
Materiales Modernos
Polímeros
Macromoléculas formadas por la unión de una o varias unidades químicas llamadas monómeros, repetidas a lo largo de una cadena, unidas entre sí mediante enlaces covalentes. (Enlaces covalentes: fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas).
Clasificación
Según su origen:
Polímeros naturales:
Su origen es biológico
Polímeros sintéticos:
Son creados enteramente por el ser humano
Polímeros semisintéticos:
Son creados por transformación de polímeros naturales
Según su composición:
Polímeros orgánicos:
Poseen una cadena principal de átomos de carbono.
Polímeros orgánicos vinílicos:
Con enlaces dobles carbono-carbono.Ejemplos: las poliolefinas, estirénicos, vinílicos halogenados y acrílicos.
Polímeros orgánicos no vinílicos:
Átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su cadena principal, carbonos. Ejemplos: poliésteres, poliamidas y poliuretanos.
Polímeros inorgánicos
Basados en otros elementos como el azufre (poli sulfuros) o silicio (la silicona).
Según tipo de monomeros:
Homopolímeros:
Irregularidades en los extremos de las cadenas o ramificaciones. Ejemplos: Pvc, polipropileno.
Copolímeros:
Varias unidades estructurales
Propiedades y características de los polímeros
Malos conductores eléctricos.
Algunos son empleados como aislantes.
A bajas temperaturas se tornan duros y frágiles.
A temperaturas normales tienden a la elasticidad.
Ejemplos de polímeros
Poli cloruro de vinilo. Conocido como PVC y de fórmula general (C2H3Cl), se obtiene de la polimerización de unidades de cloruro de vinilo.
Polimetilmetacrilato. PMMA, plástico típico de la ingeniería, de los más competitivos por ser sumamente transparente y resistente.
Polipropileno. PP, polímero termoplástico, parcialmente cristalino, elaborado a partir del propileno o propeno. Es empleado en empaques de alimentos, tejidos, equipos de laboratorio y películas o filmes transparentes para recubrir.
Poliuretano. Se obtiene combinando bases hidroxílicas y diisocianatos, y pueden ser termoplásticos o termoestables. Se emplean en la industria del calzado, la pintura, las fibras textiles sintéticas, los embalajes, preservativos o componentes de máquinas y vehículos.
Superconductores
La superconductividad se puede deducir que un superconductor es un material que ha sido sometido a un proceso de disminución de temperatura (generalmente utilizando helio o nitrógeno líquido).
Tipos de materiales conductores
Existen muchos materiales que se vuelven superconductores al bajar la temperatura. Pueden ser metales como: Plomo, Estaño, Zirconio, Mercurio, Tungsteno, Zinc Iridio, Vanadio, Titanio, Berilio, Litio, Bario, Cadmio, Cromo.
Tipos de conductores
Tipo I:
Consisten en elementos conductores básicos que usualmente se utilizan en todo, desde cableado eléctrico hasta microchips de computadoras
Tipo II:
Esta categoría está integrada por compuestos metálicos como cobre o plomo.
Características
Estos materiales superconductores son especialmente codiciados ya que, al no existir una resistencia eléctrica, no se produce calor y por consecuencia no hay pérdida de energía, de modo que los superconductores son excepcionalmente eficientes. Si se suministrara una pequeña corriente a un superconductor que forma un circuito cerrado.
Aplicaciones
Tren de levitación magnética de alta velocidad
El transporte de levitación magnética, o Maglev (Magnetically Levitated), es un sistema de transporte que incluye la suspensión, guía y propulsión de vehículos, principalmente trenes, utilizando un gran número de imanes para la sustentación y la propulsión a base de levitación magnética.
Cristales líquidos
Los cristales líquidos son sustancias que comparten características de los líquidos y los sólidos. El término “cristal” se refiere a materiales que tienen esa clase de estructura ordenada, pero en un cristal líquido, como en un líquido normal, la posición de las moléculas no es precisamente muy ordenada.
Sirven en
Medicina
Tecnología
Producción de Kevlar.
En ventanas
Aplicaciones de menor difusión como en cosmética.
¿Cómo se forman?
Para llegar a las mesofases, es decir los cristales líquidos, es necesario alcanzar una temperatura donde las interacciones intermoleculares de las sustancias alcancen un balance entre el sólido (estructura interna ordenada) y un líquido (estructura interna desordenada). La temperatura que se necesita para alcanzar el estado deseado depender de la forma que tenga las moléculas que componen las sustancias.
Mesofase
La mesofase calamítica más sencilla es la denominada nemática (N), en la cual las moléculas carecen por completo de orden posicional, pero se orientan en la misma dirección. Dicha dirección preferente viene definida por el denominado vector director, n. Aumentando el grado de orden podemos tener mesofases esmécticas (Sm), donde las moléculas se distribuyen en planos (planos o capas esmécticos). En cada uno de estos planos el orden local es nemático. Si las moléculas se disponen perpendicularmente a las capas, la mesofase es la esméctica A (SmA), si están inclinadas tenemos la fase esméctica C (SmC).
Clasificación
Cristales líquidos esmécticos:
Los cristales líquidos esmécticos son los que más se parecen a los cristales sólidos. En los esmécticos, las moléculas se alinean como soldados que desfilan, y forman capas
Cristales líquidos nemático:
Son moléculas polarizables con forma de bastón de alrededor de 20 angstroms (10-9 metros) de longitud. En ellos, las moléculas están paralelas, pero no forman capas. Pueden girar, pero no tiene rotación. La disposición de las moléculas sólo es ordenada en una dirección. Las moléculas se pueden mover en las tres direcciones. Esta clase de cristales son los que más se asemejan a los líquidos.
Cristales líquidos colestéricos:
Están formados por capas, aunque cada capa está girada unos 15 grados respecto de las que hay arriba y debajo de ella; hay unas 24 capas entre las repeticiones.
Cristales en la naturaleza
En muchos sistemas biológicos existen organizadores de tipo cristal líquido. Uno de los ejemplos mejor conocidos es los llamados fosfolípidos, el principal componente de las membranas celulares. Otro ejemplo lo constituyen las fibras de mielina, una lipoproteína que se encuentra recubriendo el axón de las neuronas. En este mismo contexto podemos también citar los cristales líquidos formados por algunos productos como los carbohidratos, los polipéptidos y los ácidos nucleicos.
Biomateriales
Es cualquier sustancia diseñada para interactuar con los sistemas biológicos con un propósito médico.
Estos se clasifican según
Biocerámicas:
Se emplean en la fabricación de implantes que no deban soportar cargas, como cirugías pequeñas en el oído, relleno de defectos óseos en cirugías bucales u ortopédicos, así como recubrimiento de implantes dentales y articulaciones metálicas.
Metálicos:
Se usan cuando es imprescindible soportar carga; prótesis de cadera, para las que se utilizan aleaciones de Co, Cr, o Ti, con Al y V; el titanio también se usa en implantes dentales.
Biomateriales poliméricos:
Son ampliamente utilizados en clínicas, tanto en implantes quirúrgicos como en membranas protectoras, sistemas de dosificación de fármacos o en cementos óseos acrílicos.
Paso del tiempo
Con el paso del tiempo se fue profundizando hasta llegar a manos de científicos que se encargaron de crear biomateriales que no presentaran ningún riesgo para quien necesitara de ellos y por el contrario fueran realmente funcionales y buenos para su portador, realizando estudios para saber la compatibilidad de algunos materiales con el cuerpo humano.
Otra característica
A mayor biodegradabilidad; más fácil su descomposición. Se puede ejemplificar con encontrar en la ingeniería de tejidos, donde gracias a esta propiedad se puede implantar un material que se comporte como sustituto temporal del tejido dañado, mientras éste se regenera.
Material cerámico
Una definición amplia de materiales cerámicos diría que son sólidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico. Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables Pueden utilizarse en ambientes con temperatura alta, corrosivos y tribológicos. En dichos ambientes muchas cerámicas exhiben buenas propiedades electromagnéticas, ópticas y mecánicas. Una característica fundamental del término material incluye que puedan fabricarse en formas con dimensiones determinadas
Constitución
Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, película, fibra, etc.
Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominándose monofásicos
Los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan policristalinos
Los monocristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única fase
Propiedades
Propiedades mecánicas
Propiedades térmicas
Propiedades ópticas
Propiedades eléctricas
Propiedades magnéticas
Propiedades químicas
Características
Entre sus características destacan: Se utilizan en muchas otras industrias como elementos básicos, Industria del cemento, siderurgia, Constituyen partes de sistemas complejos Núcleos magnéticos en memorias de ordenadores Permiten nuevas tecnologías.
Usos tecnológicos
Aeroespacial:
Materiales ligeros de alta resistencia mecánica y de alta temperatura para motores, aviones, revestimientos de lanzadera espacial, etc
Automatismo:
Sensores, componentes de alta temperatura
Biomédica:
Huesos, dientes, materiales de implante
Óptica/Fotónica:
Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes, etc.
Electrónica:
Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes, etc.
Energía:
Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear.
Películas delgadas
Se entiende por lámina delgada, película delgada o película fina, la de material en el rango de fracciones de nanómetro hasta varios micrómetros de espesor.
Como se fabrican
Métodos Físicos:
-Evaporación (al vacío, reactiva, por haces de electrones,...)
-Epitaxia de haces moleculares (MBE, «Molecular Beam Epitaxy»).
Métodos Físico-químicos:
«Sputtering» (de diodo, reactivo, de polarizació, magnético,...).
Procesos de plasma (multimagnético, MIBERS, ECR, ablación).
Procesos térmicos de formación (oxidación, nitruración, polimerización,...).
Métodos Químicos en Fase Gaseosa
Deposición química en fase vapor (CVD) (MOCVD, APCVD, LPCVD, PHCVD, LCVD, PECVD).
Epitaxia en fase vapor (VPE, «Vapour Phase Epitaxy»).
Implantación iónica.
Métodos Químicos en Fase Líquida
Electrodeposición.
Epitaxia en fase líquida
-Técnicas mecánicas
Características
Las películas delgadas se han utilizado en diferentes áreas, forman parte de los materiales avanzados, de diferentes composiciones, polímeros, moléculas Inorgánicas, orgánicas, membranas, etc
Metodos de deposito
MÉTODOS FÍSICOS
-Evaporación Térmica/ Rayo Molecular Epitaxial
-Depósito por láser pulsado (PLD).
MÉTODOS QUÍMICOS
-Depósito químico de vapor (CVD).
-Depósito químico a partir de una disolución (CSD).
Aplicaciones
-En la fabricación de máquinas, motores y herramientas de corte
En la fabricación de componentes ópticos lentes, espejos, vidrios planos, etc.
-En la fabricación de dispositivos electrónicos de estado sólido
En la fabricación de pantallas monitores , para la comunicación visual entre humanos y entre estos y sus máquinas.
Para la modificación de la apariencia estética color, brillo de elementos ornamentales y de consumo, para hacerlos mas atractivos.
Composición química
Uno de los mayores escollos que aparecen en la deposición dePelículas delgadas es la posibilidad de recubrir sustratos degrandes dimensiones obteniendo resultados de alta precisión, condeposiciones mono o multi-capa.