Química - Industrial

NOTA: esta sección fue discontinuada, contiene artículos antiguos, permanece sólo por si alguien busca este tipo de información.

Material cerámico flexible

22/03/2002

Químicos de la Cornell University han desarrollado una nueva clase de materiales híbridos que pueden ser descritos como cerámica flexible. Podrían tener diversas aplicaciones, desde la microelectrónica a la separación de macromoléculas, como las proteínas.

Lo que es más sorprendente, incluso para los propios investigadores, es que bajo un microscopio TEM (transmission electron microscope), la estructura molecular del nuevo material está de acuerdo con predicciones matemáticas que se realizaron hace todo un siglo. La investigación actual de polímeros está "descubriendo" estructuras que los matemáticos de aquella época ya vaticinaron que existían.

Ulrich Wiesner y su equipo se vieron atraídos por la experimentación química a una escala nanométrica (un nanómetro es igual al espacio que ocupan tres átomos de silicio) debido a las formas simétricas y perfectas que pueden encontrarse en la naturaleza. Es el caso, por ejemplo, de la estructura elegante de las diatomeas, algas unicelulares cuyas paredes rígidas están hechas mediante poros de silicio perfectamente replicados. Para Wiesner, la manera más sencilla de imitar estos procesos naturales es utilizar polímeros orgánicos (basados en carbono), algunos de los cuales tienen la habilidad de autoensamblarse químicamente formando nanoestructuras con diferentes simetrías. Si el polímero pudiera de alguna forma ser unido a un material inorgánico (una cerámica, especialmente un material de tipo sílice), el híbrido resultante tendría una combinación de propiedades: flexibilidad y control de estructura por parte del polímero, y funcionalidad por parte de la cerámica. Esto es lo que ha conseguido el grupo de Wiesner.

El material posee propiedades que no son sólo la simple suma de polímeros más cerámica, sino que con él se obtiene algo bastante nuevo. Hasta el momento sólo se han conseguido algunas pequeñas piezas de cerámica flexible, con unos pocos gramos de peso, en discos de petri, pero ha sido suficiente para probar las propiedades del material.

Es transparente y se puede doblar, pero posee una considerable resistencia, y a diferencia de la cerámica pura, no se quiebra. En una de sus formas, el material híbrido es un buen conductor de iones, lo que abre las puertas para su uso como electrolito de batería altamente eficiente. También podría usarse en células de combustible.

A veces, su simetría hexagonal se parece mucho a la de la diatomea. Su estructura porosa se forma cuando el material es calentado a altas temperaturas. Los poros sólo tienen entre 10 y 20 nanómetros, de manera que podría utilizarse para separar proteínas.

Cerámica avanzada

06/09/ 2002

Investigadores de la Ohio State University han desarrollado una nueva forma de crear cerámica que podría desembocar en materiales de este tipo más ligeros, duros y fuertes, a un coste inferior. La tecnología tiene muchos campos de aplicación, desde toberas de cohetes hasta blindajes, pasando por herramientas de fabricación.

La técnica empleada, recientemente patentada, se llama DCP ("displacive compensation of porosity"). Utiliza una reacción química entre metal fundido y cerámica porosa para generar un nuevo material compuesto. Lo que se consigue es rellenar los diminutos poros del interior de la cerámica con más material cerámico. Se obtiene así una pieza superdensa que mantiene la forma de la cerámica original.

Sus inventores son Ken Sandhage y Pragati Kumar. Creen que su método permitirá obtener cerámica dura y resistente al calor de forma más económica y sencilla, ya que puede fabricarse bajo temperaturas más bajas que los sistemas convencionales, eliminado además la necesidad del mecanizado posterior. La primera parte del proceso, la creación de una forma cerámica porosa previa, ya es bien conocida en la industria.

La cerámica es un material especialmente útil en el ámbito militar. Es más dura y ligera que el metal, de manera que se usa para fabricar blindajes y chalecos antibala. Con la técnica DCP, la cerámica para estas aplicaciones será más delgada, ligera y resistente, facilitando su adaptación a las formas deseadas (por ejemplo, el cuerpo humano).

Sandhage y sus colaboradores han creado diversos compuestos mediante la técnica DCP, usando algunos de los materiales más duros del mundo, incluyendo el carburo de boro, el carburo de zirconio, el carburo de titanio, etc.

Durante las pruebas, los ingenieros de la Ohio State moldearon un objeto curvo a partir de carburo de tungsteno, un polvo cerámico fino y gris usado como abrasivo. Después, fundieron una aleación de zirconio-cobre y dejaron que el metal fundido se filtrara a través del carburo de tungsteno. Este último se empapó de metal líquido como lo hace una esponja con el agua. Aplicando temperaturas de 1.200 a 1.300 grados C, el metal y la cerámica reaccionaron químicamente entre ellos, produciendo el compuesto esperado. Utilizando otras técnicas, hubiera sido necesario elevar la temperatura a 2.000 grados C y someter el material a presiones muy altas.

Se han obtenido otros compuestos a temperaturas de hasta 750 grados C, lo que facilita mucho su fabricación.