6 nuevas clases de materiales eléctricos

jueves, 13 de junio de 2013

Los avances tecnológicos en el campo de la construcción, las telecomunicaciones o el cuidado de nuestro planeta, exigen nuevas capacidades de los materiales eléctricos, por ello se busca mejorarlos, incluso crear otros con características específicas o buscar nuevas aplicaciones para materiales ya conocidos.
Una rama del conocimiento relativamente nueva y muy dinámica es la ciencia de los materiales. Es una ciencia multidisciplinar, sus equipos de investigación reúnen profesionales de distintas áreas: físicos, químicos, ingenieros, informáticos, biólogos, incluso médicos. Su trabajo se basa en el centenar de elementos de la tabla periódica, donde se encuentra contenido todo lo que conocemos del universo. Con este reducido número de elementos el número de combinaciones es tan grande que las posibilidades que brindan son inimaginables.

Instalaciones eléctricas residenciales - Tabla periódica de los elementos

Gran parte de lo que anteriormente se fiaba a la intuición o a la buena suerte ahora está fundamentado en la aplicación de los constantes descubrimientos en física y química, algunos de los cuales acaban siendo incluso premios Nobel. Los diseñadores de nuevos materiales utilizan sistemas de simulación por computadora para combinar átomos, calcular su estructura molecular y deducir sus propiedades. A partir de ahí, elaboran los prototipos de aquellos modelos que tienen más posibilidades de poseer las características buscadas, con el consiguiente ahorro de tiempo y costos.
El desarrollo de nuevos materiales vuelve obsoletas las clasificaciones tradicionales de los materiales, y las líneas de investigación abiertas son múltiples. Por ejemplo, la fundación COTEC para la Innovación Tecnológica estima que, sólo en la Unión Europea, se han elaborado 1 400 proyectos de investigación en esta área en los últimos años.
Según Emilio Castro Otero, investigador del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), los nuevos materiales con que conviviremos en nuestra vida diaria durante el siglo XXI serán creados a la medida de nuestras necesidades, serán nano, inteligentes y biomiméticos, así como energéticamente más eficientes, reciclables y menos tóxicos en favor del medio ambiente y el desarrollo sostenible.
Ésta es una clasificación breve de los nuevos materiales:

  1. Los metamateriales obtienen sus propiedades de su estructura y no de su composición, es decir, son compuestos ordenados cuyas propiedades físicas son distintas a las de sus constituyentes. Este término se utiliza, sobre todo, cuando el material al que se hace referencia tiene cualidades que no se encuentran en materiales presentes en la naturaleza. Algunos de ellos se fabrican con técnicas de nanotecnología similares a las que se usan para fabricar micromáquinas y circuitos integrados. Una ventaja de estos metamateriales es que con ellos se podrían fabricar lentes planas que permitirían enfocar la luz en áreas más pequeñas que la longitud de onda de la luz, útiles en el terreno de la óptica o de las comunicaciones.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Metamateriales

  2. Los materiales inteligentes están diseñados para responder a estímulos externos, extender su vida útil, ahorrar energía o simplemente ajustarse para ser más confortables al ser humano. Algunos de ellos son: Electromagnetoactivos, que actúan o reaccionan ante cambios eléctricos o magnéticos, ampliamente empleados en el desarrollo de sensores. Los piezoeléctricos, con la capacidad de convertir la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa, muy usados como sensores y actuadores, vibradores, zumbadores, micrófonos. Los fotoactivos actúan emitiendo luz. En el caso de los electroluminiscentes, cuando son alimentados con impulsos eléctricos, emiten luz; los fluorescentes devuelven la luz con mayor intensidad; y los fosforescentes almacenan la energía y la emiten después de cesar la fuente de luz inicial. Son ya aplicados a sistemas de señalización y seguridad. Los cromoactivos, que modifican su color ante cambios de temperatura, luz o presión. Los termocrómicos están ya presentes en forma de etiquetas de control de temperatura, artículos de hogar (microondas, sartenes, mangos, etc).

    Instalaciones eléctricas residenciales - Materiales inteligentes

  3. Los materiales biomiméticos buscan replicar o imitar los procesos y materiales biológicos, tanto orgánicos como inorgánicos. La llamada biomedicina y otras nuevas disciplinas, como la biotecnología, persiguen la creación de nuevos materiales que puedan dar lugar al desarrollo, por ejemplo, de tejidos y órganos artificiales biocompatibles o contenedores de tamaño molecular e inteligentes para la dosificación controlada de fármacos. Otro ejemplo, partiendo de la madera como materia prima, el grupo de Materiales Biomiméticos y Multifuncionales de la Universidad de Sevilla ha elaborado una cerámica biosintética de carburo de silicio, o bioSIC, con la que esperan modelar prótesis quirúrgicas que se integren mejor en los tejidos, minimizando la contaminación bacteriana.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Materiales biomiméticos

  4. Los materiales invisibles son especies y subespecies de materiales que no están a la vista, pero que constituyen la esencia de multitud de dispositivos y productos que cada vez nos parecen más indispensables. Su utilidad reside no tanto en sus propiedades mecánicas como en sus propiedades químicas, magnéticas, ópticas o electrónicas. Por ejemplo, gracias a la combinación de materiales orgánicos e inorgánicos, investigadores de la Universidad de Northwestern crearon transistores transparentes de alto rendimiento. Aunque ya existían transistores invisibles, su escaso rendimiento descartaba posibles aplicaciones. Los nuevos, producidos sobre plástico o cristal, permitirán proezas tecnológicas como pantallas de texto o imágenes que aparentemente flotan en el espacio y que pueden proyectarse sobre el parabrisas de un automóvil, en las gafas protectoras de los soldados e incluso en las ventanas domésticas.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Materiales invisibles

  5. Las cerámicas superconductoras de alta temperatura son materiales capaces de exhibir propiedades fascinantes, como la levitación y la suspensión, o permitir el transporte de corriente sin oponer resistencia.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Cerámicas semiconductoras

  6. Los materiales compuestos son combinaciones de materiales diversos como resinas epoxi, poliéster, acrílicas, poliuretánicas, etc., con materiales de refuerzo tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras aramídicas, etc. Sus propiedades son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes, por lo que resultan materiales de características excepcionales, muy utilizados en la industria espacial, aeronáutica, química, náutica, etc. El ejemplo más representativo del desarrollo de los materiales compuestos está asociado a su aplicación en la industria aeronáutica: como se obligaba al diseñador a crear un material diferente para cada aplicación con el propósito de ahorrar peso y costos, permitieron una extraordinaria fluidez en la ingeniería de diseño.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Materiales compuestos
Ahora bien, el futuro está en conseguir abaratar estos materiales y para aplicarlos de forma masiva con el objeto de mejorar la calidad de vida, incrementar la eficiencia energética de los procesos y mejorar la seguridad de los usuarios. Por ejemplo, algunas investigaciones con polímeros en la Universidad de New South Wales han logrado que, gracias al dióxido de titanio, activado por una luz ultravioleta, algunos materiales permanezcan siempre limpios. El siguiente paso consiste en conseguir esta activación con luz artificial para su aplicación, por ejemplo, en cuartos de baño de las viviendas, hospitales, etc. Por ello, el futuro para los edificios se presenta más seguro y más limpio. La empresa norteamericana Octillion ha desarrollado un prototipo de ventana de vidrio transparente capaz de generar electricidad.
Estos resultados optimistas indican que no pasará mucho tiempo para que podamos ver finalmente células fotovoltaicas transparentes con una relación eficiencia/precio lo suficientemente buena como para introducirse en el mercado de la energía solar.
En fase de investigación se halla todavía el empleo de la “técnica foto-voltaica orgánica” en grandes superficies.
Las empresas alemanas BASF, Bosch, Merck y Schott trabajan intensamente en el desarrollo y la producción industrial de láminas transparentes que puedan transformar luz en energía y que, a diferencia de las superficies fotovoltaicas rígidas actuales, puedan ser curvadas, enrolladas y plegadas. Colocadas sobre techos, en ventanas y fachadas, pueden transformar discretamente edificios, sobre todo rascacielos, en verdaderas plantas energéticas.

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