Los materiales inteligentes, activos, o también denominados multifuncionales son materiales capaces de responder de modo reversible y controlable ante diferentes estímulos físicos o químicos externos, modificando alguna de sus propiedades.Por su sensibilidad o actuación, estos materiales pueden ser utilizados para el diseño y desarrollo de sensores, actuadores y productos multifuncionales, así como poder también llegar a configurar estructuras y sistemas inteligentes de aplicaciones múltiples. En este caso las estructuras inteligentes, son por ejemplo aquellas que gracias a la combinación de estos materiales son capaces de autodiagnosticarse y modificarse para adaptarse a las condiciones que se les ha marcado como óptimas o correctas.

Materiales termométricos 

Los materiales y productos termocrómicos o termocromáticos cambian, de forma reversible o irreversible, de color con la temperatura. El cambio de color en los productos termocrómicos ocurre dentro de un rango de temperaturas. Suelen ser compuestos semiconductores.

TERMOCRÓMICOS

Es capaz de responder a estímulos externos

MODIFICAN SU COLOR ANTE CAMBIOS DE TEMPERATURA, PRESIÓN O LUZ.

MATERIAL 

INTELIGENTE

-RESPONDE A ESTÍMULOS EXTREMOS

-MEDIO AMBIENTE

-CONSUMO ENERGÉTICO

-MEJORAR CALIDAD DE MATERIALES

*TEMPERATURA AMBIENTE

* LUZ U.V 

Cristal líquido colestérico utilizado en aplicaciones termocrómicas.

Colorante leuco que cambia de esctructura y de color según el pH cuyo cambio fue inducido por la temperatura.

Sólidos o en solución.

Altas temperaturas.

Cuando la temperatura alcanza o supera el valor deseado, el color desaparece.

0ºC hasta 70ºC.

Sensibilidad para el cambio: 2 a 15ºC.

Materiales Fotovoltaicos

Los innovadores materiales fotovoltaicos (FV) proporcionan resultados probados.

DuPont ofrece la gama de materiales más amplia en energía fotovoltaica (FV) y proporciona seis de los ocho materiales más importantes para la fabricación de módulos solares.

Estos materiales fotovoltaicos no son solamente innovadores, sino que han proporcionado resultados probados, entre ellos: casi el doble de eficacia celular durante 12 años; proporcionan una mayor fiabilidad y una mayor duración de la vida útil del sistema, con más de 30 años de un rendimiento de las láminas posteriores demostrado; y la reducción del coste del sistema total con avances tecnológicos en eficacia, protección del módulo e instalación.

En cuanto al futuro, nuestro objetivo es incrementar la eficacia más allá del 20 % y ampliar la vida útil del sistema a 40 años, a la vez que se incrementa la seguridad del sistema y se reduce el coste. Así, se ayudará a conseguir la paridad de red de forma amplia y a crear una industria de la energía solar global más sostenible y viable.

La innovación tecnológica es el pasado, presente y futuro de la energía solar: con DuPont desempeñando un papel fundamental en el avance de la ciencia de la industria solar y fotovoltaica.

Material Grafeno

Es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Hablamos del grafeno, el material que tiene fascinados a científicos y a la industria debido a sus fantásticas propiedades.Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a la fama en 2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron el Premio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni siquiera eran capaces de enumerarlas.Este versátil material permitirá fabricar desde dispositivos electrónicos con pantallas flexibles y transparentes y baterías ultrarrápidas a potentes paneles solares, sin olvidar aplicaciones en aeronáutica, medicina y otros sectores que se investigan en la actualidad. Además, supone una base excelente para crear nuevos materiales a medida, en función de las necesidades específicas. Es decir, algo así como materiales a la carta.En fase de desarrolloEl estudio de las propiedades del grafeno mantiene ocupados a una gran cantidad de científicos en todo el mundo, entre los que destacan las aportaciones de los físicos teóricos españoles.Todos hablan de este material aunque pocos lo han visto. Y es que, pese a sus prometedoras aplicaciones, todavía se encuentra en fase de desarrollo. El grafeno es una lámina extremadamente delgada compuesta de carbono (sólo tiene un átomo de grosor). El grafito del que se obtiene es el mismo que se extrae de las minas de carbón y se usa para fabricar lápices, frenos de coches o aceros, por lo que se trata de una materia prima muy abundante en la naturaleza. Para conseguir grafeno se puede partir del grafito natural (las minas españolas son ricas en este mineral) o del grafito sintético.El principal obstáculo en la actualidad es que aún no es posible fabricar grafeno a gran escala, según explica Jesús de la Fuente, director de la empresa española Graphenea Nanomaterials, una de las pocas compañías que de momento, producen este material. Avanzare y GranphNanotech son otras dos empresas españolas que trabajan con él. Existen varias formas de producir grafeno. La cinta adhesiva (exfoliación mecánica) fue el método que utilizó Geim para aislarlo por primera vez y puede servir para algunos experimentos, pero no es válido para la industria. Básicamente se comercializa de dos maneras: en formato lámina y en polvo.Tipos de Grafenos:

• Grafeno en lámina   

• Grafeno en polvo
• Grafeno artificial

Memoria de Forma

Se podrían definir como aquellos materiales capaces de “recordar” su forma y capaces de volver a esa forma  después de haber sido deformados. Este efecto de memoria se puede producir por cambio térmico o magnético. Además son capaces de repetir este proceso infinidad de veces sin deteriorase.

Las materiales con “memoria” pueden ser producidos en muchas formas y tamaños, y desarrollarse para diversos usos. Aunque no son tan fuertes como el acero, son mucho más elásticos y sus propiedades les permiten adoptar la forma necesaria cuando se exponen a altas temperaturas.

Esta “memoria” hace que estos materiales tengan un amplio espectro de aplicaciones en el terreno de la electrónica y de la mecánica, se utilizan en teléfonos inteligentes, robótica, con fines médicos,  pero hasta el momento su desarrollo resultaba muy costoso. Sin embargo parece que este problema esta de fase de superación y ya se plantea la producción en masa de estos materiales en los próximos años.

Podemos considerar que  existen cuatro clases diferentes, según la naturaleza, o del material en sí, o del estímulo externo al que responden:

• Aleaciones con Memoria de Forma (Shape Memory Alloys, SMAs).
• Cerámicas con Memoria de Forma (Shape Memory Ceramics, SMCs).
• Polímeros con Memoria de Forma (Shape Memory Polymers, SMPs).
• Aleaciones Ferromagnéticas con Memoria de Forma (Ferromagnetic Shape Memory Alloys, FSMAs).

NITINOL

En este artículo nos vamos a centrar en una de las principales aleaciones con memoria: El  Nitinol.

Se trata de una aleación de níquel y titanio en proporciones casi equimolares y que tiene propiedades de memoria de forma excelentes. Esta aleación particular, tiene además muy buenas propiedades eléctricas y mecánicas, resistencia a la fatiga, y resistencia a la corrosión.

El NiTi presenta todas las propiedades típicas en las Aleaciones con memoria de forma o SMA (por sus siglas en ingles):

• Transformación martensítica termoelástica.
• Memoria de forma simple.
• Memoria de forma doble.
• Superelasticidad.
• Pseudoelasticidad.
• Capacidad de amortiguamiento.

El estado por el cual estos materiales recuperan su forma es resultado de la transformación de fase sólida-sólida entre dos estructuras materiales, es decir, la austenita y la martensita.

En este tipo de transformación tenemos una fase de alta temperatura llamada austenita, también conocida como fase generatriz y de estructura cúbica. Si enfriamos el material, su estructura cambia y pasa a una estructura de laminillas, sumamente entretejidas y dispuestas en cortes alternados, llamada martensita. La estructura cortada en forma alternativa, es decir, en cortes opuestos consecutivos, conserva la forma general del cristal.

Cuando este material se encuentra en frío, o por debajo de su temperatura de transformación, tiene un límite elástico muy bajo y se puede deformar con bastante facilidad en cualquier forma nueva, que se mantendrá. Sin embargo, cuando el material se calienta por encima de su temperatura de transformación experimenta un cambio en la estructura de cristal que hace que se vuelva a su forma original. Si la aleación se encuentra con cualquier resistencia durante esta transformación, puede generar fuerzas muy grandes. Este fenómeno ofrece un mecanismo único para el accionamiento remoto.

En el estado  de martensita, una SMA es muy fácil de deformar mediante la aplicación de tensiones, en virtud de la propagación del contorno de la macla. Si en esta etapa se elimina la carga, la deformación de la martensita persiste, lo cual le da la apariencia de una deformación plástica. Sin embargo, después de ser deformada en el estado martensítico, el calentamiento provoca una transformación de la martensita en austenita, con lo cual el componente recupera su forma original.

Estas propiedades hacen que sea un material capaz de recuperar una forma predeterminada después de haber sufrido una deformación macroscópica, y también pueda ser deformado elásticamente hasta un 8-10%.

Junto con estas propiedades únicas, han sido demostrados un buen comportamiento a corrosión, una buena biocompatibilidad (La biocompatibilidad describe las interacciones entre el sistema biológico vivo y el material introducido en este sistema). Y una buena citotoxicidad que hacen del NiTi un excelente candidato para aplicaciones biomédicas.

Aplicaciones

Una gran diversidad de aplicaciones ha sido desarrollada para este metal con memoria y otros materiales inteligentes.

Estos usos incluyen marcos de lentes, palos de golf, termostatos para recipientes de café, conectores eléctricos, pantallas solares, abrazaderas y elementos vibratorios estructurales para disminuir el efecto de los terremotos. Para la diversión se ha inventado una cuchara que se retuerce cuando toma contacto con agua caliente.

De igual forma las aleaciones con memoria son utilizadas para desplegar paneles solares y antenas en satélites y para controlar el balance en los rotores de las aspas de los helicópteros.

Las siguientes describirán con más detalle algunas aplicaciones:

Recubrimiento apretado. El mejor ejemplo de aplicación en este campo es indudablemente el acople hidráulico Cryofit desarrollado por Raychen Corporation. Estos anclajes son manufacturados como mangas apenas más pequeñas que la tubería de metal a unir. Su diámetro es expandido durante la martensita y, luego de calentarlos a austenita, se encogen y sostienen fuertemente los tubos. Los tubos hacen que el acople no pueda recuperar el diámetro con el que fue hecho, y la tensión que se genera es en muchos casos superior a la de una soldadura.

Similar a la anterior, el acople Betalloy es un acople de CuZnAl también diseñado y producido por Raychen Corporation para caños de aluminio y cobre. En este caso el cilindro de CuZnAl cuando se calienta actúa como un conductor y aprieta un forro tubular en los tubos a unir. La fuerza de unión es mejorada con un revestimiento adhesivo en el forro.

Fuerza de acción. En algunas aplicaciones, el componente con memoria es diseñado para ejercer fuerza en una amplia gama de movimientos, siempre por varios ciclos. Podría nombrarse la aplicación en el conector de tableros de circuitos cercanos desarrollado por Beta Phase Inc. En estos sistemas de conectores eléctricos las aleaciones con memoria son usadas para forzar la apertura de un resorte cuando el conector está caliente. Esto permite la inserción o el retiro libre de fuerza de una tarjeta de circuito en el conector. Luego de enfriarse, el NiTi se torna débil y el resorte lo deforma fácilmente mientras es cerrado fuertemente el tablero y se forman las conexiones.

Basados en el mismo principio, aleaciones de CuZnAl han encontrado importantes aplicaciones en esta área. Un ejemplo es una válvula de seguridad que incorpora CuZnAl diseñada para cerrar el flujo de un gas tóxico cuando ocurre un incendio.

Control Proporcional. Es posible utilizar solo una parte del recobramiento de la forma ya que el cambio se produce en una amplia gama de temperaturas y no a una única. Beta Phase Inc. ha desarrollado una válvula que controla el flujo de una sustancia, calentando un componente con memoria lo suficiente como para cerrar la válvula la cantidad deseada. Es posible usar esta técnica para posicionarse entre 0,25 mm.

Aplicaciones superelásticas. Un número de productos ha sido lanzado al comercio con propiedades pseudoelásticas (o superelásticas). Se han desarrollado marcos de anteojos de NiTi superelástico, para absorber grandes deformaciones sin romperse. Otros son los alambres utilizados en la ortodoncia los cuales deben resistir gran cantidad de reajustes.

Aplicaciones médicas. La característica más importante para las aplicaciones médicas es que el Nitinol presenta  compatibilidad y no genera rechazo en el cuerpo humano. Por ejemplo, se han usado alambres de Nitinol para construir microbombas que pueden reemplazar funciones del corazón o de los riñones, también para descongestionar arterias obstruidas (stents) y además son muy utilizados en la ortodoncia.