2016 NUEVOS MATERIALES EN LA INGENIERÍA MECÁNICA
Mora Jonathan Universidad Técnica de Ambato Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica Carrera de Ingeniería Mecánica 30/05/2016
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CRÉDITOS
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DISEÑO Y EDICIÓN
Mora Jonathan Estudiante de Ingeniería Mecánica
Esta época está caracterizada por el descubrimiento de nuevos materiales que nos está ofreciendo posibilidades tecnológicas solo soñadas en la ciencia ficción. La nanotecnología empieza a ser posible por el desarrollo de estos materiales, pues al lograr la miniaturización solo es posible cuando se encuentran propiedades muy especiales de ciertos elementos que permiten que se pueda manipular casi al nivel del átomo. La física, la química y la informática, han hecho posible este avance, y uno de los elementos que ha hecho posible esta nueva generación de materiales es el Carbono, su composición es muy especial El carbono, tiene una estructura cristalina y lo encontramos en forma de grafito o del diamante, también puede convertirse en materiales con cualidades únicas que están cambiando toda la industria.
Nanomateriales. La nanotecnología Los nanomateriales son aquellos materiales de tamaño muy reducido, cuyo diámetro es del orden del nanómetro1, es decir, de las mil millonésimas de metro. Están formados por partículas inferiores a 100 nm. La nanociencia o nanotecnología abarca los campos de la ciencia y de la tecnología en los que se estudian, se obtienen y se manipulan materiales, sustancias y dispositivos de dimensiones próximas al nanómetro. Estudia fenómenos y manipulación de escala atómica, molecular y macromolecular. En este nivel, el comportamiento de la materia se rige por la física cuántica y aparecen nuevas propiedades y fenómenos. La física de lo muy pequeño, como las moléculas, los átomos y las partículas elementales, es muy diferente de la física clásica, válida solo para los objetos macroscópicos2. La física cuántica se ocupa de las propiedades y transformaciones de la materia y la energía a escala microscópica Los nanotubos son nanomateriales con estructura tubular, construidos con carbono, con comportamiento eléctrico semiconductor y superconductor, con enorme resistencia a la tensión, muy superior al acero, y con una gran capacidad para conducir el calor. La nanotecnología, con la herramienta del microscopio de efecto túnel, permite manejar átomos sobre superficies como elementos independientes. Las posibilidades de esta tecnología son inmensas dado que prácticamente se pueden crear las estructuras atómicas
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Medida de longitud que equivale a la milmillonésima parte del metro 2
es el nivel de descripción en que la posición o estado físico concreto de las partículas que integran un cuerpo
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Aplicaciones de la nanociencia y de la nanotecnología 1. Nanoelectricidad y nanoelectrónica Fabricación de baterías flexibles de 3 nanotubos de carbono. Baterías de papel. Pilas y condensadores ultrafinos. LED para sustituir las bombillas tradicionales con luz fría de mayor duración y eficiencia energética. Fabricación de nanochips4. Desde el año 2000, se fabrican chips de microprocesadores de tamaño manométrico, con lo que se multiplica el número de transistores que usan. Actualmente se investigan y fabrican nanochips autoensamblados. Aplicaciones en pantallas de TV planas y de teléfonos móviles. Dispositivos cada vez más diminutos y potentes. 1. Otras aplicaciones en el campo de la energía y sostenibilidad industrial
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En el campo de la energía, la nanotecnología está contribuyendo a la construcción de células fotovoltaicas más eficientes. Avance hacia la sostenibilidad con la mejora de catalizadores, descontaminación del agua y de la atmósfera. En la industria textil, se ha logrado la fabricación de ropas elaboradas con textiles que incluyen partículas hidrófobas o bactericidas, que repelen el agua y tardan más en ensuciarse. En arquitectura, se produce la fabricación de recubrimientos que protegen paredes o cristales de pinturas indeseadas o de la corrosión metálica. Vidrios fotocrómicos que cambian de color según la luz incidente, evitando la penetración de rayos UV e IR. Sanitarios que repelen los líquidos y que se depositen bacterias, evitando la suciedad.
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estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro 4
es un Chip Muy Pequeño de tamaño microscópico
Mora Jonathan Estudiante de Ingeniería Mecánica
Fibras de Carbono
Las fibras de carbono son muy pequeñas y sumergidas en un polímero5 de soporte resultan un material muy liviano y sumamente resistente. Si uno lo observa a través de un microscopio, una fibra de carbono (cuyo diámetro es la centésima parte de un milímetro) es muchísimo más fino que un cabello humano.
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La fibra de carbono se incluye en el grupo de los materiales compuestos, es decir, aquellos que están hechos a partir de la unión de dos o más componentes, que dan lugar a uno nuevo con propiedades y cualidades superiores, que no son alcanzables por cada uno de los componentes de manera independiente. En el caso particular de la fibra de carbono, básicamente se combina un tejido de hilos de carbono (refuerzo), el cual aporta flexibilidad y resistencia, con una resina termoestable (matriz), comúnmente de tipo epoxi6, que se solidifica gracias a un agente endurecedor y actúa uniendo las fibras, protegiéndolas y transfiriendo la carga por todo el material; por su parte el agente de curado ayuda a convertir la resina en un plástico duro. De la combinación de estos tres componentes, se obtienen las propiedades mecánicas del nuevo material, pues aunque la malla de hilos de carbono, constituye por sí sola un elemento resistente.
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Sustancia química que resulta de un proceso de polimerización 6 Es un polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador
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El grafeno
El grafeno es un nuevo material manométrico bidimensional, obtenido a partir del grafito en 2004 por los científicos André Gemí y Constantina Nóvaselo.
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Es una hojuela cuasi plana con pequeñas ondulaciones, dando la apariencia de un panal de abejas, con un grosor de un átomo de carbono (0,1nm). Su producción ha estado, hasta hoy, restringida a nivel laboratorio, posee unas extraordinarias propiedades que exhibe, tales como un efecto hall cuántico anómalo, un comportamiento como semiconductor gap superficial y ausencia de localización electrónica, entre otras, las cuales vislumbran que serán
de gran utilidad en computación, electrónica y ecología entre otros muchos. El grafeno fue descubiert o en los principios del siglo XX a partir del grafito. Aunque en un principio se pensó que eran cosas totalmente diferentes el grafito se puede describir como una serie de capas de grafeno superpuestas una sobre la otra, a semejanza de sábanas o manteles colocados uno sobre los otros, de manera que los átomos de una “sábana o mantel” está muy unidos pero separados de los átomos de los manteles superiores o inferiores. Esto le las propiedades tan características al grafito.
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