Química - Materia

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

LOS MATERIALES

HAY ESTRUCTURA EN LOS MATERIALES AMORFOS

04/10/2002

Un químico de la North Carolina State University ha hecho diversos descubrimientos alrededor de los materiales amorfos, alguno de los cuales nos ayudará a entender mejor la naturaleza de los líquidos y los cristales a un nivel atómico y molecular. Permitirán desarrollar materiales totalmente nuevos, con propiedades ópticas y electrónicas útiles, y aplicaciones aún no previstas.

Los líquidos y los minerales vidriosos han sido frecuentemente calificados como amorfos por los científicos, es decir, materiales "sin estructura", una colección de moléculas moviéndose aleatoriamente. Sin embargo, el doctor James D. Martin cree haber encontrado algo de estructura en ellos.

Martin opina que, de la misma manera que una sinfonía es mucho más que una colección de notas aleatorias, los átomos y moléculas de un líquido están bastante organizadas, siendo más parecidas a las de un cristal que a las de un gas.

Desde este punto de partida, Martin y sus colegas han descubierto los principios químicos que les permitirán escribir nuevas "composiciones sinfónicas" en los materiales amorfos. Así, primero han diseñado las composiciones y estructuras de diferentes líquidos y materiales vitrificados, y después han ido al laboratorio y los han obtenido.

Con su recién lograda habilidad de diseñar tales estructuras, será posible conseguir propiedades ópticas y electrónicas específicas en las sustancias amorfas, la base para futuras tecnologías.

La primera pista de la presencia de estructura en los líquidos se presentó en 1916, mientras los científicos experimentaban con la difracción de rayos-X. Observaron diversos signos de estructura, lo que indicaba una cierta organización de las moléculas, pero ésta era mucho menor que la necesaria en un cristal. Desde entonces se ha hablado mucho sobre si la estructura de los líquidos es aleatoria o cristalina.

Martin y sus compañeros creen que entender la estructura de estos materiales, así como los enlaces químicos en ella, permitirá manipularla. Cambiar la estructura es cambiar las propiedades, de manera que se abre ante la ciencia un enorme campo de investigación. De momento, han hecho experimentos en los que moléculas de una sustancia distinta han sido introducidas en líquidos. Estas moléculas han sido a su vez modificadas para que "encajen" en la estructura del líquido, e interactúen con las propias moléculas de este último. Su presencia modificará las propiedades del líquido, así como diferentes concentraciones de las moléculas extrañas.

Los líquidos modificados han sido después observados mediante un difragtómetro llamado GLAD, instalado en el Argonne National Laboratory.

EN BUSCA DEL ORIGEN DE LOS DEFECTOS EN LOS MATERIALES

18/10/2002

Los defectos que aparecen en los materiales, como una grieta, pueden ser responsables de múltiples problemas, desde fallos en un microchip a terremotos. Ingenieros del MIT han desarrollado un modelo que predice el lugar de origen del defecto, sus características iniciales y cómo empieza a avanzar a través del material.

El modelo podría ser especialmente útil en nanotecnología, ya que, como dice Subra Suresh, uno de los responsables de las investigaciones, a medida que los dispositivos se hacen más y más pequeños, se hace más importante entender los fenómenos que producen los defectos en ellos. Una aparentemente minúscula dislocación (un pequeño desorden en la configuración de los átomos dentro del material), o una grieta, pueden comprometer de forma drástica el rendimiento del sistema.

Suresh y sus colegas Ju Li, Krystyn J. Van Vliet, Ting Zhu y Sidney Yip, han logrado con su modelo un paso adelante importante hacia la comprensión del extraño mundo de los defectos en los materiales. Descrito en la revista Nature, proporciona una capacidad de predicción aplicable a diferentes escalas. Así, puede ser utilizado no sólo para predecir los defectos entre átomos, sino también para el deslizamiento entre placas tectónicas, un fenómeno tras el cual se ocultan los terremotos.

Los investigadores también han descrito cómo un defecto atómico como una grieta o una dislocación puede desarrollarse a partir de una onda. El mundo está lleno de ondas invisibles, como las ondas sónicas que viajan a través del aire. Bajo ciertas condiciones, sin embargo, una onda puede hacerse inestable. A partir de aquí, puede aparecer un defecto en cuatro etapas. En primer lugar, la amplitud de la onda crece. Poco a poco, la cresta se eleva, como ocurre con las olas que se aproximan a la costa. En una tercera fase, la onda se hace tan pronunciada que ya no puede describirse a nivel continuo y debe ser transferida a una descripción atómica. En una cuarta etapa, la onda de choque a escala atómica se ve atrapada en el difícil territorio del paisaje energético microscópico, resultando en un defecto.

El modelo no ha sido pensado de un día para otro. Está basado en muchos años de teoría y experimentos realizados por muchas personas. Los científicos, además, disponen de herramientas de computación y experimentales que antes no existían.