Os materiais son intelixentes?

2005/02/01 Aranberri, Ibon - Kimikan doktorea | Manchado, Juan Carlos | Garay, Dani | Matellanes, Lina | Dios, J. Ramón Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Materialak

Un fluído magnetoreológico. Si o líquido que está dentro do bote vértese sobre o electroimán aceso, este alíñase e adquire forma sólida. Una vez apagado o electroimán, o líquido caído volve recuperar as propiedades dos líquidos.

GAIKER

Os materiais intelixentes –smart ou intelligent en inglés– coñécense tamén como materiais activos ou multifuncionais. Estes materiais son capaces de responder a estímulos físicos e químicos procedentes do medio. Pero non de calquera xeito. A resposta debe ser reversible e controlada. A madeira, por exemplo, ínflase si móllase, pero cando se seca non se volve á superficie. Segundo esta clasificación, a madeira non sería un material intelixente, aínda que responda a un estímulo externo.

Os materiais intelixentes son útiles paira o desenvolvemento de novos sensores e actuadores, capaces de dar una resposta á quinada ‘sentida’ e enviar información dun lado a outro da estrutura, e estes sensores, á súa vez, serven paira desenvolver novas estruturas, edificios, pontes, etc., analizando en todo momento as súas características. Xa están en uso.

Varios tipos

Os materiais intelixentes poden ser orgánicos ou inorgánicos, metálicos, cerámicos ou poliméricos. En consecuencia, o uso tamén pode ser ilimitado. Con todo, entre todos os materiais intelixentes, os polímeros son os máis utilizados actualmente. De feito, ademais de ser lixeiros, duros e baratos, poden sintetizarse e transformarse con relativa facilidade, dirixíndose con facilidade ás aplicacións desexadas.

Algúns materiais intelixentes teñen a capacidade de ‘lembrar’ a súa forma. Denomínanse con memoria de forma. Baixo un campo eléctrico ou por efecto da temperatura se deforman e ao anular o estímulo físico volven á situación anterior. Os máis coñecidos son os SMA (Shape Memory Alloys ou aliaxes con memoria de forma), pero nos últimos anos tamén están a investigar os SMP (Shape Memory Polymers, polímeros con memoria de forma). Os SMP xa foron comercializados en Estados Unidos e Xapón, pero non en Europa.

Outros, con estímulos similares, modifican as súas propiedades físicas. Por exemplo, os electroactivos e os magnetoactivos varían segundo o campo eléctrico ou magnético circundante. Varios, piezoeléctricos, son capaces de transformar a enerxía eléctrica da zona en enerxía mecánica e viceversa.

Os sólidos e fluídos electroreológicos son tamén sensibles aos campos eléctricos e magnéticos. Son dispersións formadas por partículas duns 5-10 micrómetros. En ausencia de zonas, as dispersións son totalmente fluídos, pero baixo a zona as partículas alíñanse e o líquido adquire as propiedades dos sólidos.

Posteriormente, una vez desaparecida a zona, as partículas afróuxanse’ e o fluído recupera as súas características intrínsecas, neste caso a fluidez.

Existen no mercado, por exemplo, coches con amortiguadores intelixentes fabricados con fluídos magnetoreológicos. E grazas a eles, non é necesario buscar puntos de equilibrio entre conducir con comodidade e seguridade. De feito, hoxe en día os amortiguadores máis seguros son tamén os máis duros. En consecuencia, os fabricantes de automóbiles compórtanse coa seguridade mínima legalmente establecida paira aumentar o confort dos vehículos.

Posición de partículas sen campo e ao acender una zona.

Con todo, cos fluídos magnetoreológicos esta necesidade de equilibrio desaparece e pódense construír coches de gran seguridade e confort. En xeral, a automoción é un ámbito moi apropiado paira os materiais intelixentes, xa que a electrónica e os sensores foron gañando forza.

Os polímeros condutores son tamén importantes materiais electroactivos. Até hai pouco una das principais características dos polímeros era o seu carácter illante, pero non fai moito se atopou a posibilidade de que varios polímeros puidesen ser condutores. O poliacetileno, o polipirrol e a polianilina son os máis coñecidos e estudados. E é posible que no futuro moitos cables metálicos poidan ser substituídos por polímeros condutores.

Polo momento, pódense atopar de forma dispersa nos teléfonos móbiles e nas pantallas planas de cor das novas televisións. Fabricados en materiais electroluminiscentes, presentan as seguintes vantaxes: son lixeiros, non se quentan e son potentes emisores de luz.

Cando o campo eléctrico é 0, o material está relaxado. Una vez aceso, con todo, quéntase o SMA (70-80 C) que vai dentro do tubo e cámbiase de fase. En consecuencia, contráese e se flexiona e eleva o tubo de silicona. Ao baixar o campo ao baleiro, o material ten memoria de forma, polo que volve á súa forma orixinal. (Foto: GAIKER).

En calquera caso, trátase dun potente campo de investigación no que os investigadores descubriron a conductividad dos polímeros, premio Nobel recibido en 2000.

Tamén hai condutores que non son condutores pero que responden a raios de luz. Estes materiais considéranse fotoactivos e poden sufrir variacións de varios tipos. Destacan os materiais fosforescentes e fluorescentes.

Ambos son capaces de emitir raios de luz. Os materiais fosforescentes emiten de novo a luz/enerxía recibida axiña que como reciben os raios e o emisor é apagado (moitas agullas dos reloxos, por exemplo, reciben luz de día e ilumínanse de noite). Os fluorescentes son brancos na luz normal do día, pero si reciben luz ultravioleta emiten simultaneamente luz fluorescente potente. Os materiais electroluminiscentes tamén se converten en potentes emisores de luz tras recibir una corrente eléctrica.

Finalmente atópanse os chamados cromoactivos. Son capaces de cambiar de cor se soportan una corrente eléctrica –eletrocrómica-, una radiación ultravioleta –fotocrómica- ou un cambio de temperatura –os termocrómicos–. Loxicamente, una vez esgotada a enerxía recibida, o material recuperaría novamente a súa cor orixinal.

Un material fotocrómico. Ao recibir a luz ultravioleta cambian de cor.

GAIKER

Por exemplo, os materiais que cambian de cor coa temperatura serían de gran axuda na vida diaria, especialmente desde o punto de vista da seguridade. A elaboración de tixolas, cafeteras ou vasos con materiais termocrómicos permitiría detectar facilmente a súa temperatura e reducir considerablemente tanto as queimaduras como os accidentes. En canto aos nenos, tanto por biberón como por baño, poden ser moi interesantes.

No ámbito dos envases e embalaxes tamén se utilizan etiquetas intelixentes paira mellorar a calidade dos produtos. Estas etiquetas garanten a calidade do produto e proporcionan información detallada dos procesos de produción e distribución.

Por outra banda, a temperatura de moitos produtos pode determinarse tamén en función da cor da etiqueta. En Inglaterra, por exemplo, a etiqueta da cervexa Newscastle ten una estrela azul. A etiqueta escurécese ou aclara en función da temperatura, o que permite ao cliente saber se a cervexa está suficientemente fría antes de tomar a botella.

Evidentemente, os materiais intelixentes xa se utilizaron en aplicacións de gran éxito. Desenvolvéronse novos sistemas e produtos, pero sobre todo conseguiuse reducir o peso e a complexidade dos dispositivos xa utilizados. E é que hai que ter en conta que cos materiais intelixentes non se quere facer totalmente novos produtos, senón que se trata de facer máis bonitos, baratos, fiables e, en definitiva, máis cómodos moitos dos produtos que hai no mercado.

Materiais termocrómicos. Os cambios de temperatura producen diferentes cores.

GAIKER

Paira iso, o traballo dos grupos de investigación universitarios e dos centros tecnolóxicos será determinante nos próximos anos. A investigación básica dos equipos universitarios axudaranos a comprender mellor estes materiais. Os centros tecnolóxicos, pola súa banda, deberán traballar nas aplicacións destes materiais paira ofrecer novos e mellores produtos á sociedade.

Desta maneira, pasaremos da era dos materiais ‘pasivos’ á dos materiais ‘activos’, materiais que saben ‘responder’ e quen sabe o que virá no futuro. Nas xornadas sobre materiais intelixentes organizadas por GAIKER, o profesor Jan Van Humbeeck anunciou que, ademais de materiais intelixentes ou luminosos, quizá tamén coñeceremos aos ‘sabios’.