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NUEVOS MATERIALES QUE PUEDEN CAMBIAR EL MUNDO
En la historia, los materiales siempre precedieron a la tecnología que los utilizó, por eso es
tan importante la aparición de nuevos materiales naturales o sintéticos, dado que ellos darán
lugar a innovaciones en costumbres y modos de vida, y serán capaces de producir cambios
profundos y, a veces, hasta revolucionarios.
Highlights
1.
Los materiales de la naturaleza
2.
3.
4.
La combinación de ellos.
Los cambios físico-químicos
Las posibilidades de los nuevos materiales
Abril, 2012
NUEVOS MATERIALES PARA UNA NUEVA ECONOMIA
“La edad de piedra no se acabó por falta de
piedra. Del mismo modo, la era del petróleo
acabará mucho antes de que el planeta se quede
sin petróleo”.
James Canton1
Introducción
Primitivamente, el ser humano iba descubriendo materiales que podía transformar o adaptar
para utilizarlos como armas, útiles o herramientas que les facilitaran sus tareas de caza,
pesca, recolección o conservación de la vida. Estas adaptaciones solían tener por objetivo
principal acopiar y conservar alimentos, aliviando así la dependencia diaria de su
alimentación. Posteriormente, el ser humano descubrió que, en algunos, casos podía
combinar distintos materiales (por ejemplo, la madera para el arco, la tripa para el tensor y
la piedra para la punta de la flecha). Es decir, las primeras materias primas utilizadas fueron
de origen vegetal, animal o mineral.
Pero, el gran avance que significó el dominio del fuego, le permitió hacer combinaciones
físico-químicas con maderas, fibras, metales, piedras y cerámicas. Es decir, comenzaron a
crearse nuevos materiales que, la mayoría de las veces, cambiaron el curso de la historia y
las prácticas de la vida cotidiana. Hasta que en el siglo que acaba de terminar, se logran
hallazgos significativos gracias a la química del carbono, a la física aplicada, a la
informática y tal vez, a la herramienta más importante, la nanotecnología.
Surgen entonces los plásticos que son derivados del petróleo y del gas natural
polimerizados, y los nanomateriales, que son mucho más pequeños -se trabaja sólo con
átomos y moléculas individuales-, más ligeros, más duros, más resistentes y más duraderos
que los otros materiales.
Se puede establecer así una nueva clasificación de los materiales, dividiéndolos en 3 clases,
según su origen: mineral (metales y aleaciones), biológico (vegetal y animal) y sintético o
artificial (eléctricos, plásticos, biomateriales, inteligentes y nanomateriales).
Descubriendo e incorporando nuevos materiales y nuevos usos
El carbono, es el pilar de llamada química orgánica, y puede adoptar 6 diferentes
estructuras, que van desde la sustancia más blanda, como el grafito, hasta la más dura,
como el diamante (las restantes son menos conocidas: fullerenos2, nanotubos3, carbinos
(descubierto en 2004, sobre el que todavía hay muy poca información) y nanoespumas4. A
“El futuro de la física”, por Michio Kaku, Editorial Debate, 2011.
Descubierto en 1985, sus propiedades están todavía siendo estudiadas.
3 Nanotubos: Estructuras tubulares del tamaño de un nanómetro, son láminas de carbono que se cierran sobre sí mismas,
altamente resistentes –hasta 100 veces la del acero-, excelentes conductores eléctricos sin fundirse (cientos de veces más
eficientes que el cobre) y poseen una gran elasticidad (recuperando su forma luego de ser doblados en ángulos). Se
aplicaría al proyecto teórico de “ascensor espacial”, para conectar un cable desde la tierra hasta el espacio.
4 Nanoespumas: Descubiertas hace poco más de una década, son similares a al aerogel, aunque de menor densidad y son
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partir de aquél pueden obtenerse fibras de carbono –cuyo diámetro es la centésima parte
de un milímetro- las que, sumergidas en un polímero5 que les sirva de soporte, se
transforman en un material muy liviano y sumamente resistente. Estas fibras poseen baja
densidad, por lo que son más resistentes y livianas que numerosos metales, y gozan de una
buena capacidad de aislación térmica, de cualidades ignífugas y pueden soportar a muchos
agentes corrosivos6.
Por otra parte, el carbono es el principal componente de los llamados hidrocarburos (por
su combinación con el hidrógeno), como el petróleo y el gas, y constituye la materia prima
de los plásticos.
Otro nuevo material es el aerogel (o humo helado), un compuesto de silicio, carbono y
diferentes metales, de aspecto nebuloso, casi tan liviano como el aire (un 98% de su
composición es aire), muy resistente, y con una gran capacidad como aislante térmico. Su
estructura cavernosa lo transforma en un excelente filtro a la par que es muy buen
catalizador7. Es uno los aislantes térmicos más poderosos que se conocen, con aplicaciones
en la construcción de edificios, aviones y barcos.
Los llamados metamateriales son, en realidad, materiales que reciben un tratamiento
nanométrico (décima parte de un milímetro) y adquieren entonces propiedades que no
existen en la naturaleza, con muy posibles aplicaciones en el campo de la óptica8.
Recordemos que la nanociencia es aquella rama de la ciencia que se ocupa del estudio de
los materiales en pequeñas dimensiones.
El vidrio (o módulo) fotovoltaico es un panel solar –formado por numerosas celdas- que
aprovecha la energía de la radiación solar, convirtiendo la luz del sol en electricidad. Se
emplea en la industria de la construcción, permite regular el paso de la luz y genera energía
eléctrica que puede ser volcada a la red de un edificio. También se utiliza para proveer
energía a vehículos y barcos.
El grafeno9 es un material compuesto por átomos de carbono densamente empaquetados en
una red cristalina, con forma hexagonal (panal de abeja) y de sólo un átomo de espesor. Es
flexible y 200 veces más resistente que el acero, con alta conductividad térmica y eléctrica.
Tiene la posibilidad de ser combinado con otras sustancias químicas, otorgándole gran
potencialidad de desarrollo aplicado. Es casi transparente, pero tan denso que ni siquiera
pueden traspasarlo los átomos de helio (los más pequeños que se conocen).
Puede usarse grafeno como una pantalla –hasta en el espejo del baño10- o como si fuera un
reloj pulsera, pudiendo funcionar entonces como despertador, calendario, propalador de
música, video o TV, o bien, como célula solar. Ultrafino, flexible y resistente, requiere
mucha menos energía que un cristal LCD y, además, permite fabricar baterías flexibles y
malas conductoras de electricidad.
5 Polímero: sustancia formada por macromoléculas, a su vez compuestas de monómeros. Pueden ser tanto naturales
(como la seda) como sintéticos (como el nailon, el polietileno o la baquelita).
6 http://www.blogcurioso.com/nuevos-materiales/
7 http://www.blogcurioso.com/nuevos-materiales/
8 http://www.blogcurioso.com/nuevos-materiales/
9 Es un material descubierto en 1930, por los físicos André Geim y Konstantin Novoselov, a quienes se les adjudicó el
Premio Nobel en 2010.
10
Video de Corning Glass Inc. http://corning.com/news_center/features/A_day_made_of_glass.aspx
enrollables, de alto rendimiento. Por otra parte, los chips de grafeno pueden súper
miniaturizarse, lo que les da una mayor capacidad y velocidad que ningún otro. Se calcula
que este material –apto para vehículos terrestres, marítimos o aéreos, y hasta para la
creación de músculos artificiales-, producirá la 2ª revolución tecnológica.
Papel electrónico: la empresa surcoreana LG, tratará de competir contra los celulares y los
tablets, mediante una pantalla que pesará sólo 14 gramos –la mitad que las de cristal- y
tendrá una resolución de 1024 x 768 pixeles. La producción masiva de una pantalla flexible
de tinta electrónica, revolucionará el mercado de los e-books. El papel electrónico está
usualmente formado por 3 capas, una de polímeros, otra de micro-transmisores y la tercera
como protectora. El polímero contiene millones de cápsulas flotantes en un gel que, al ser
estimuladas electrónicamente, se mueven para mostrar motivos gráficos, sea en negro o en
color11.
Conclusión
No todos estos materiales sobre los que hemos brindado estos datos básicos, habrán de
provocar cambios impactantes en la vida y en la salud de los humanos, pero algunos de los
nombrados, con seguridad habrán de alterar nuestros modos de vida en la próxima década.
Como siempre, después de una investigación científica, entran a participar emprendedores
que asuman el costo y el riesgo de fracaso. Porque, a veces, se fracasa. La comercialización
de nuevos productos o de inventos no depende sólo de los costos. Las costumbres, la
creatividad, la oportunidad y el azar también juegan y, a veces, lo hacen en gran medida (lo
que se llama el valor heurístico de la ciencia)12. En el año 2001, la revista Wired publicó
que una investigación de la Washington University, había descubierto un nuevo tipo de
cemento con iguales propiedades que el tradicional pero muchísimo más liviano, tanto que
podía flotar. Sin embargo, no ha habido aplicaciones prácticas y, hasta ahora, no se han
diseñado naves con casco de este material.
Recordemos que la primera aplicación de la fibra de nylon, se utilizó para confeccionar
medias de mujer que remplazaban a las frágiles medias de seda pero, el mayor uso de ella
surgió en las tres décadas siguientes. Lo mismo pasó con el transistor, un invento que
“durmió” en la oficina de patentes de EE.UU. y puedo ser comparada por Sony –en sólo
21.000 dólares- para crear las radios en miniatura y el walkman.
Pero cualquiera fuere el estudio, la investigación o la profesión que desarrollemos,
convendrá seguir muy de cerca la aparición de nuevos productos que podrán concebir una
nueva forma de vivir. El terreno está sembrado, sólo falta cosecharlo. En materia de
prospectiva, ello significa extraer de eso materiales los nuevos usos posibles y las nuevas
combinaciones y aplicaciones que nos permitan hacer cada vez más llevadera la vida
cotidiana. A ello apuntan estos comentarios□.
11
http://lanacion.com.ar/1461343-produciran-a-gran-escala-el-nuevo-papel-electronico
Heurística es la capacidad de un sistema para realizar de forma inmediata innovaciones positivas para sus fines. La
capacidad heurística es un rasgo característico de los humanos, desde cuyo punto de vista puede describirse como el arte y
la ciencia del descubrimiento y de la invención, o de resolver problemas mediante la creatividad y el pensamiento lateral o
pensamiento divergente.
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