Materiales: sustancias (elementos o componentes) que permiten fabricar objetos. Son aislantes, semiconductores, conductores y superconductores. Pueden ser:

• Naturales: del medioambiente sin transformación de naturaleza.
• Transformados: elaboración o manufactura previa a utilización.
• Sintéticos: forma artificial por procesos químicos industriales.

Propiedades:

• Térmicas (conducción calor)
• Ópticas (opacidad)
• Sensoriales (suavidad, brillo)
• Químicas (resistencia erosión/corrosión)
• Mecánicas (elasticidad, dureza)
• Eléctricas (conductividad)

Metálicos, cerámicos, polímeros y compuestos.

Ejemplos de Materiales a lo Largo de la Historia

Piedra y Madera:

Utilizados desde hace 12000 años, su extracción minera impulsó la revolución neolítica, la cerámica, el fuego y la alfarería.

Metales:

(cobre, bronce, hierro, metalurgia. Ganga: subproductos obtenidos de extracción de minerales de procesos metalúrgicos).

Carbón:

Producción electricidad, acero y fabricación cemento.

Petróleo:

Combustible, cremas y vaselinas, materia prima de plásticos, asfalto para carreteras.

El Plástico

Significado general: sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperatura, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.

Sentido estricto: plástico es material de alto peso molecular constituido por agrupación de unidades de compuesto sencillo llamado monómero.

Clasificación:

• Naturales: de naturaleza.
• Sintéticos: a partir de moléculas de petróleo, gas o carbón.
• Termoplásticos: se ablandan con calor, permite moldear formas que se conservan al enfriarse, reciclables y se funden.
• Termoestables: degradan con calor antes de fundirse, fundir y fabricar una vez, no moldear, frágiles y rígidos.
• Elastómeros: fundirse una vez, elevado grado elasticidad y adherencia, flexibles a baja temperatura.

Materiales del Siglo XXI

Aluminio:

Extracción a partir de rocas que contienen lateritas y bauxitas, proceso complejo y costoso. En conservas, papel aluminio, utensilios cocina… Resiste a corrosión y es ligero. Principal fuente reciclaje.

Silicio:

Semiconductor, no conduce electricidad sino es sometido a determinadas condiciones de calor, luz o carga eléctrica. LED, transistores, memorias…

Coltán:

Dos minerales: columbita y tantalita contienen elementos importantes para desarrollo de dispositivos electrónicos. Resistencia a corrosión y soporta altísimas temperaturas. Tántalo capaz de almacenar cargas eléctricas y liberarlas cuando necesitan. Móviles, consolas…

Litio:

Más ligero de todos los metales, no se encuentra en naturaleza, forma parte de espodumena o lepidolita. En baterías recargables o coches eléctricos.

Grafeno:

Formado por lámina delgada de carbono con un átomo de grosor. Propiedades: muy resistente y duro, flexible, alta conductividad y se le pegan moléculas. Material más fuerte. Chips grafeno 1000 + rápido que silicio.

Siliceno:

Estructura interna panel abejas formado láminas silicio, podría sustituir grafeno.

Electrólisis:

Procedimiento químico que permite separar elementos de un compuesto por la electricidad.

Ciclo de los Materiales

Recursos naturales proceso de transformación generando actividad impactante.

Análisis Ciclo Vida: estudia impacto de material o producto sobre medio ambiente desde que se obtienen los materias primas hasta que se desecha. Puede acabar:

• Desecho y acumulación en vertederos.
• Biodegradación que permite regresar a ciclo natural.
• Reciclaje y utilización entrando a formar parte de ciclo productivo.

Mayores productores materiales Oriente Medio, Asia y Norteamérica. Distribución irregular de materias primas genera comercio internacional, país posea o no materias primas no relación directa con desarrollo economía o industrial. Materias primas necesitan cierto grado de transformación, industrias transformación alejadas de lugares de extracción y estos alejados de lugares de fabricación de objetos de consumo. Provoca tráfico de mercancías y alto coste combustible. Silicio y plástico impulsan comunicaciones y transporte. Mejoras de salud, sustituir tuberías plomo por plástico.

Inconvenientes:

• Extracción de materias: deforestación, destrucción ecosistemas, desplazamiento especies…
• Gasto energético y contaminación.
• Agotamiento de recursos.
• Acumulación basura y toxicidad para medio ambiente y materiales que resultan tóxicos para humanos y otras especies: plásticos, materiales pesados…

Innovación en Materiales

Requisitos para innovación de nuevos materiales:

• Fabricar materiales más ligeros.
• Reducir costes fabricación.
• Eliminar componentes contaminantes o tóxicos.
• Utilizar materiales biodegradables.
• Facilitar reciclaje y reutilización.
• Optimizar procesos de fabricación.
• Disminuir gasto materia prima.

Retos:

• Conseguir fuentes energía sostenible, inagotable y barata.
• Conocer manipular y controlar la materia en escala más pequeña.
• Producir materiales que se adapten a condiciones externas.

Nanociencia:

Ciencia que estudia objetos o sistemas muy pequeños, que tienen dimensiones espaciales entre 1 y 100 nanómetros.