MATERIALES DEL SIGLO XXI• DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS:

– Aluminio: Ya estudiado anteriormente y muy usado en cocinas, latas, ventanas, vehículos, bicicletas…

– Silicio: Paleolítico como sílex, pero al ser un semiconductor es el más usado en los TIC (Tec.Inf.Com)

– Coltán: Columbita (Niobio) y Tántalo: Telefonía móvil. Miniaturización de la tecnología.

– Litio: Su extracción causa problemas medioambientales. Baterías recargables y coches eléctricos

LA ERA DEL SILICIO A

• Sílice como el oxido más abundante en Geosfera.• Desde la antigüedad se ha empleado para fabricar

vidrios, porcelana y cemento.• Actualmente con el Silicio se fabrican los microchips

de la mayor parte de los aparatos electrónicos.• Es un semiconductor: se comporta como aislante o

como conductor dependiendo de su entorno.• Se parte de Si puro de 15x 100 cm que se corta en

lonchas de 0,25 mm (chips).• Se fragmenta en cuadrados de 1 cm, donde se graban

microscópicamente resistencias, condensadores y transistores que forman el circuito integrado

Ópalo negro (SiO2) con luz reflejada en relámpagos

Lonchas de silicio con microchips impresos

• GRAFENO: Doble enlace del Carbono– Lámina de carbono de un átomo de grosor con estructura

en panel de abeja y obtenido a partir del grafito.– Premio Nobel a Geim y Novoselov que lo obtuvieron.– Es el componente estructural básico del propio grafito,

fullerenos ( 12 pentágonos) y nanotubos (cilindros de grafeno).

• SILICENO– Láminas de silicio de un átomo de grosor con

estructura en panel de abeja. Propiedades semejantes al anterior que lo puede sustituir si se desarrolla un proceso más barato para su obtención y utilización.

MATERIALES QUE VIENEN…MATERIALES QUE VIENEN…

Andre Geim y Konstantin Novoselov, nobel en 2010

LOS FULLERENOS LOS FULLERENOS A

R. Buckminster Fuller: Cúpulas geodésicas

• Familia de nuevas formas del Carbono.• Son la tercera forma más estable de

moléculas de C tras el diamante y el grafito.• Descubiertos por Kroto, Curl y Smalley (1985).• El más conocido es la estructura esférica formada

por 60 átomos de C o 12 pentágonos.• Los fullerenos esféricos reciben a menudo el

nombre de buckyesferas.• Se pueden obtener muchas aplicaciones:

• Nuevos tipos de polímeros.• Superconductores, estructuras con

metales o con otros átomos atrapados dentro de los fullerenos.

• Catalizadores y productos farmacéuticos…

H. Kroto, R. Curl y R. Smalley: Nobel en 1996

¿DE QUÉ ESTÁ HECHO?¿DE QUÉ ESTÁ HECHO?• Construcción de barcos, coches, aviones,

satélites y naves espaciales de COMPOSITE: matriz y elemento reforzante

• Se pueden combinar distintos elementos reforzantes: titanio, fibra de vidrio o de carbono; ligeros, resistentes, de vida útil muy larga, y NO sufren corrosión.

• También diferentes tipos de plásticos

Poliester ó nylon Politetrafluoroetileno Poliuretano

EL CICLO DE LOS MATERIALES: EL CICLO DE LOS MATERIALES: ACVACV

ISS: Estación Espacial Internacional a la que diferentes expediciones añaden módulos

“Un pequeño paso para el hombre y un salto gigante para la humanidad”

• Con el desarrollo tecnológico aumentan las necesidades de materiales procedentes de recursos naturales

• Desarrollar nuevas técnicas para aprovechar mejor los recursos naturales y los procesos de transformación.

• Necesario invertir en INVESTIGACIÓN ya que es muy impactante la actual extracción, transporte y fabricación

• ACV: Análisis del ciclo de vida de un material que estudia el impacto desde que se extrae, transporta, transforma y se desecha. Ejemplo del papel: tala, pasta, blanqueo...

• Finaliza ACV: Vertederos o biodegradación o reciclaje y reutilización

ALGUNOS MATERIALES: EL PAPEL ALGUNOS MATERIALES: EL PAPEL AA

Cyperus papirus

Papiro

• Procede de la celulosa existente en la madera.

• Se tritura la madera con agua a 200 º C.• Se añade sosa, carbonato de calcio y

sulfato de sodio para eliminar la lignina.• Se obtiene una pulpa que se blanquea

con Cl2

• Se consolida con cola y caolín para flexibilizar y evitar hongos.

• Transformación en bobinas por mecanización

PROBLEMAS ASOCIADOS CON SU FABRICACIÓN PROBLEMAS ASOCIADOS CON SU FABRICACIÓN AA

Tala de bosques

Fabricación del papel

• Necesidad de:• Árboles: Talar y deforestar.• Exceso de AGUA 200 m3 por Tn.• Energía: 4% de la producida en

España.• Producción de contaminantes que

vierten a ríos por el blanqueo:• Cl• S• O3

• CO2

REPARTO RIQUEZA EN EL MUNDO

Mapas “Worldmapper “ proyectos de representar la justicia social en el mundo

LOCALIZACIÓN, EXTRACCIÓN Y LOCALIZACIÓN, EXTRACCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LOS RECURSOSTRANSFORMACIÓN DE LOS RECURSOS

• Distribución desigual de los recursos en el planeta sobre todo de los minerales y de ellos depende la riqueza de un país.

• Si los costes de extracción y transporte son mayores que beneficios no es rentable.

• Comercio irregular de materias primas y sin relación con el desarrollo económico de la zona: Guerra por el control de los recursos. Congo y Japón: Coltan.

• Productos de usar y tirar: Agotamiento de recursos, aumento excesivo de residuos y de energía: “Consumismo”. Productos globales

Sierra Leona: diamantes

•

CONTROL DE LOS RECURSOSCONTROL DE LOS RECURSOS

Explotación vergonzante en Congo. Australia principal productor

1. 4 millones de personas mueren y otros tantos emigran hacia Uganda (1998-2003)

2. No es por luchas étnicas o de poder, es por el control de las mejores reservas de coltan.

3. El COLTAN son dos minerales en granito:COLumbita: Óxido de Niobio (Nb2O6)TANTANtalita: Óxido de tántalo (Ta2O6)

4. Con el Niobio se fabrican imanes de alto poder magnético: Disco duro ordenadores.

5. Con el Tántalo se fabrican condensadores muy pequeños para móviles, consolas,GPS.

GUERRA CIVIL EN EL CONGO

¿CÓMO SE LOCALIZAN LOS RECURSOS¿CÓMO SE LOCALIZAN LOS RECURSOS A

•

• 1: Teledetección: Por análisis del espectro electromagnético y observando desde el espacio.

• 2: Sondeos: Se tendrá en cuenta las propiedades específicas del material a localizar.

• 3: Diferentes estudios: • Gravimétricos: Anomalías: Gas-

petróleo• Sismológicos: Pequeñas vibraciones• Geo-radar: Ondas electromagnéticas

de alta frecuencia: Metales y agua.• Campo magnético terrestre: Metales,

magnetita.Geo-radares

Sondeo poca profundidad

Mercurio

• Aumento de la calidad de vida de todos por la aparición y desarrollo de nuevos materiales.

• Mejoras en las comunicaciones y en la salud• Inconvenientes:• A)Relativos al ciclo de vida de los materiales

– Deforestación, destrucción de ecosistemas…– Gasto energético elevado, contaminación…– Agotamiento de recursos.– Acumulación de tóxicos.

• B)Relativos a la naturaleza de los materiales– Disruptores metabólicos, radioactivos, Hg, Pb, As y Cd

REPERCUSIONES EN EL MUNDO GLOBALREPERCUSIONES EN EL MUNDO GLOBAL

Mercurio

• Requisitos para la innovación en nuevos materiales:– Ligeros y biodegradables– Bajos costes de fabricación– Eliminar los componentes tóxicos y contaminantes– Facilitar el reciclaje y la reutilización– Optimizar los diferentes procesos de fabricación.– Disminuir el gasto de materia prima

• Deben colaborar en los retos de la sociedad moderna– Fuentes de energía sostenible, inagotable y barata.– Conocer, manipular y controlar los nanomateriales.– Producir materiales que se adapten a diferentes

condiciones externas.

MATERIALES QUE VIENENMATERIALES QUE VIENEN

a: diamante, b: grafito, c: diamante hexagonal, d:fullereno C60, e: fulereno C540, f: fulereno C70, g: carbono amorfo, h: nanotubo

LOS NANOTUBOS LOS NANOTUBOS • Descubiertos por Sumio Iijima en 1991.• Son láminas de grafito enrolladas en forma

de tubos. • Pueden ser abiertos o cerrados. El cierre

es similar a la mitad de un fullereno. • Son las fibras más fuertes que se conocen,

como 50 veces más fuerte que el acero.• Conducen la corriente eléctrica cientos de

veces más eficazmente que los cablescables de Cu• Aplicaciones:

• Electrónica: transistores, nanocircuitos…• Pilas de combustibles.• Memorias baratas y resistentes.• Sensores químicos, térmicos, electromag• Medicina: Prótesis, biosensores, fármacos,

diagnóstico: escaner, resonancia magnética

Transistores de nanotubos

Shewanella produce nanotubos de As y Se