materiales y sostenibilidad

MATERIALES DE INGENIERÍA PARA LA SOSTENIBILIDAD

Enrique PosadaINDISA S.A.

Presentado en INGENIAR UPB 2013

ESTA CHARLA

Sobre la sostenibilidad

Sobre los materiales

Sobre el compromiso personal

Revisión somera de los temas relacionado con materiales y sostenibilidad•Materiales para la energía•Materiales para el medio ambiente•Materiales avanzados para el trabajo estructural a altas temperaturas•Aceros avanzados y aleaciones•Metales y aleaciones Ligeras•Materiales compuestos (Composites) y materiales híbridos•Biomateriales, materiales y estructuras Inteligentes,•Tierras raras, electrónica y materiales magnéticos•Películas delgadas e ingeniería de superficie•Caracterización de materiales y evaluación avanzada

RIO+20 EL FUTURO QUE QUEREMOS


Se renueva el compromiso en pro del desarrollo sostenible y de la promoción de un futuro económico, social y ambientalmente sostenible para nuestro planeta y para las generaciones presentes y futuras.

La erradicación de la pobreza es el mayor problema que afronta el mundo en la actualidad y una condición indispensable del desarrollo sostenible. A este respecto estamos empeñados en liberar con urgencia a la humanidad de la pobreza y el hambre.

Por consiguiente, reconocemos que es necesario incorporar aun más el desarrollo sostenible en todos los niveles, integrando sus aspectos económicos, sociales y ambientales y reconociendo los vínculos que existen entre ellos, con el fin de lograr el desarrollo sostenible en todas sus dimensiones.


Reafirmamos nuestro compromiso de fortalecer la cooperación internacional para hacer frente a los persistentes problemas relacionados con el desarrollo sostenible para todos, en particular en los países en desarrollo.

Reconocemos que la oportunidad de que las personas influyan en sus vidas y su futuro, participen en la adopción de decisiones y expresen sus inquietudes es fundamental para el desarrollo sostenible

Reafirmamos también la importancia de la libertad, la paz y la seguridad, el respeto de todos los derechos humanos, entre ellos el derecho al desarrollo y el derecho a un nivel de vida adecuado, incluido el derecho a la alimentación, el estado de derecho, la igualdad entre los géneros, el empoderamiento de las mujeres y el compromiso general de lograr sociedades justas y democráticas para el desarrollo.

SOBRE LA SOSTENIBILIDAD

Es una compleja mezcla de

•Desarrollo económico y social

•Participación comunitaria y satisfacción de derechos humanos y sociales

•Manejo adecuado de los recursos limitados, entre los cuales, sin duda, se destacan los materiales de ingeniería

•Mitigación de los impactos ambientales para evitar daños que pongan en riesgo el futuro de la humanidad e impactos que afecten a las personas y al medio ambiente

•Trabajo interdisciplinario

•Cooperación a todos los niveles

La capacidad humana

Los seres humanos son el producto de muchos miles de años de evolución que ha permitido que cuenten con una herramienta muy potente, que es el sistema nervioso.

Se identifica esta gran capacidad con conceptos como el de la inteligencia, la memoria la creatividad, la planeación, la investigación, la ciencia, el desarrollo, la imaginación.

En la medida en que las personas sean conscientes de estas capacidades y se apliquen a ellas con plena autonomía, autoestima, confianza e intencionalidad, se aumentan las posibilidades de trabajar en forma más integral y más humana.

Investigadores del comportamiento humano como Gegory Bateson y Carl Rogers señalan que existen importante mecanismos de retroalimentación positiva que impulsan el comportamiento armonioso de las personas, y por lo tanto, de las organizaciones.

La capacidad humana

Gregory Bateson, autor del libro “Steps to an Ecology of Mind”, Hacia una Ecología de la Mente, sacó a la luz pública en 1972 su teoría según la cual el cambio deseable (la búsqueda de la sostenibilidad para hablar en los términos de esta charla), no se debe referir solamente a nuestras acciones, sino más que todo a nuestros pensamientos. Es decir, hay que pensar sobre cómo pensamos. A esto lo llamó Bateson la “ecología de la mente”.

La capacidad humana

Para Carl Rogers los organismos poseen una tendencia innata a la actualización, la cual gobierna todas las funciones, tanto físicas como de la experiencia. Esta fuerza tiende constantemente a desarrollar las potencialidades de los individuos para asegurar su conservación y su prosperidad, dentro de los límites del ambiente. Sin embargo, el éxito de esta acción, no depende de la situación real u objetiva, sino de la situación tal como el sujeto la percibe, y el sujeto percibe la situación en función de la noción que tiene de su yo.

ENTONCES CONVIENE EXAMINAR LAS SIGUIENTES PREGUNTAS, ENTRE OTRAS

•¿Qué principios pueden contribuir a desarrollar el trabajo sostenible con los materiales?

•¿Cómo puede ser nuestra visión para que sintamos que estamos asociados con la sostenibilidad y no somos simples consumidores y generadores de una economía de lo desechable que conduzca al agotamiento de los materiales?

El trabajo sostenible con los materiales de

ingeniería

• Las propiedades de los materiales contienen la clave para su duración. Por ello se deben estudiar, caracterizar y conocer a fondo. Este es el espacio de los laboratorios y de los institutos que certifican

• Los detalles de diseño de una pieza tienen profundos efectos sobre el comportamiento y la duración de los materiales que la componen. Este es el espacio de la ingeniería de diseño.

• La corrosión, la erosión, el desgaste puede provenir de cualquier parte. No se puede garantizar con certeza absoluta que no ocurra. Es inevitable que los materiales se desgasten Este es el espacio del mantenimiento y de la ingeniería de materiales.

• Cada efecto dañino en los materiales tiene su contraparte que lo mitiga y su circunstancias favorecedoras o adversas que lo desatan y lo amplifican. Este es el espacio de la ingeniería de consulta y de análisis de fallas y comportamiento.

• Los materiales tienden a agregarse y combinarse en formas muy variadas dependiendo de sus tamaños, de sus superficies, de las energía disponibles y de lo que los rodea. Es muy extenso el mundo de las formas superficiales y volumétricas. Este es el espacio del análisis estructural y superficial.

• Los comportamientos de los materiales tienen niveles visibles (por estudiar y observar), niveles ocultos (por descubrir e investigar) y niveles potenciales (que pudieran ser, por crear, por innovar ). Este es el espacio de la investigación y el desarrollo.

El trabajo sostenible con los materiales de ingeniería

• Los materiales tienen ciclos de vida. La transformación de los materiales, que en general es dañina para su usos, se va a dar. Es cuestión de tiempo. Es el campo de la ingeniería ambiental y económica y del mantenimiento.

• Las transformaciones de los materiales están sujetas a los flujos de energía, de masa y están bajo el control de potenciales fisicoquímicos y electrónicos. Este es el campo de la termodinámica y de la ciencia de los materiales, de la ingeniería de materiales.

• Los cambios químicos de los materiales se pueden catalizar. Es posible conocer y utilizar los principios que gobiernan estos efectos. Es el espacio de la ingeniería química.

• Los materiales tienen extraordinarias propiedades con amplias variaciones dependiendo de su naturaleza fisicoquímica y de los ambientes en los cuales se someten a excitaciones y cambios. Es el espacio de la electrónica y del diseño, entre otros.

El trabajo sostenible con los materiales de ingeniería

SOBRE LOS MATERIALES DE INGENIERÍA

•Nos referimos a aquellos elementos en general de estado sólido, que resultan de la transformación de diversos recursos, en su mayor parte de naturaleza no renovable.

•Estos elementos se utilizan para toda una serie de dispositivos, herramientas, objetos y artículos útiles en gran cantidad de aplicaciones.

•En dichas aplicaciones los elementos están sujetos a condiciones ambientales y de contacto muy diversas y deben ser capaces de mantener una estabilidad funcional, estructural y dimensional que permita su uso durante tiempos establecidos.

•Estos materiales pueden ser objeto de procesos de transformación, diseño, selección, ajuste, conformación, producción, desgaste, reutilización, disposición y otros para adaptarlos y darles las propiedades que permiten usos, duraciones, mantenimiento, reemplazo y disposición adecuados, entre otros, evitando y mitigando posibles daños e impactos negativos en sus ciclos de vida.

SOBRE EL COMPROMISO SOCIAL Y PERSONAL CON LOS TEMAS RELACIONADOS CON LOS MATERIALES

A modo de ejemplo se presentan cuatro casos de instituciones y personas dedicadas con brillo a los temas de los materiales de ingeniería.

En ellos se presentan visiones generales de representantes de cuatro países que patrocinaron el evento PRICM8 en Agosto de 2013 al cual pude asistir.Se trata de un recorrido por los horizontes que se avizoran para la ciencia de los materiales y la ingeniería asociada con ella.

Fue muy interesante apreciar en tales charlas una clara visión de país, algo que se debe impulsar también en nuestro medio. Tal visión se respalda con objetivos, inversiones, dedicación de personas y actividades específicas y da como resultado logros importantes.

THE 8TH PACIFIC RIM INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCED MATERIALS

AND PROCESSING

¿Contribuirán realmente los materiales avanzados a salvar el mundo?Cathy Foley

La Dra. Cathy Foley es directora de la división de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization de Australia, que es la agencia nacional de ciencias de ese país). Tiene a su cargo 880 empleados, estudiantes y asociados. Es especialista en dispositivos superconductores y sus aplicaciones para la exploración minera, la detección de metales e imágenes en sistemas de aseguramiento de la calidad y en sistemas marino y de artefactos explosivos sin detonar. Su equipo es responsable de la elaboración y comercialización del sistema LANDTEM, que ha contribuido al descubrimiento de minas en todo el mundo.

Al oír a la señora Foley queda uno bastante impresionado por la integración que muestra de sus capacidades técnicas, científicas, empresariales, administrativas y su liderazgo y compromiso de país.

A modo de curiosidad examinemos aunque sea ligeramente el currículo de la Dra. Cathy Foley. Ello nos puede dar una pista sobre la calidad de recurso humano que vale la pena tener si deseamos liderazgo efectivo en nuestro país.

Cathy has a world-class reputation in her field being a Fellow of the Institute of Physics (IOP) in the UK, Past President of the Australian Institute of Physics, Fellow of the Academy of Technological Sciences and Engineering (ASTE), and the Immediate Past President of Science and Technology Australia, where she represented 68,000 Australian scientists and technologists. She is also a personally appointed member of the Prime Minister’s Science, Engineering and Innovation Council and a member of Questacon Advisory Board. She is on numerous advisory boards and review committees, conference organizing committees and has most recently been appointed the Editor in Chief of the IOP journal of Superconductor Science and Technology after being the Fast Track Editor since 2008. Cathy is a graduate of Macquarie University from where she received a BSc(Hons) Dip Ed PhD after studying from 1976 to 1984. Dr. Foley is well known for her interests in physics, science education, women in science, science in the media (she was a regular weekly guest on ABC radio 2BL radio for 5 years) and nuclear disarmament. She was awarded a Public Service Medal on the 2003 Australia Day, won the 2003 Eureka Prize for the promotion of Science and the NSW and National winner of the Telstra Women’s Business Award for Innovation in 2009, the AUSIMM MIOTA Prize in 2011, and the 2013 NSW Premier’s Women of the year.

La importancia de las palabras.

El poder del voluntariado y de pertenecer a grupos y a redes

La importancia de dejar un legado

La idea fundamental de la doctora Cathy Foley es Salvar al Mundo

¿Contribuirán realmente los materiales avanzados a salvar el mundo?

Al observar los principales retos globales que enfrenta la humanidad, los materiales avanzados hacen parte fundamental de muchas de las soluciones esperadas. ¿Podrá la investigación de materiales tener el alcance deseado?

Una organización como CSIRO, que hace investigación orientada por propósitos misionales, se ha comprometido con la idea de contribuir efectivamente a que la industria y la sociedad puedan hacer frente a los retos que los diferentes cambios globales y locales crean. Su División de Ciencia de los Materiales e Ingeniería proporciona una parte fundamental de la innovación necesaria para ayudar a Australia en un contexto global para enfrentar estos desafíos. La idea que se tiene es que efectivamente Australia aporta fundamentalmente en este sentido. Se estima que por regalías por estos conceptos se generan del orden de 2800 millones de dólares anuales

Al evaluar los resultados obtenidos hasta el momento se ha visto como Australia ha logrado superar varias crisis universales registrando crecimientos positivos, los cuales se pueden trazar claramente con aportes tecnológicos de tal división, especialmente en el campo de la minería. En 2009 el PIB de Australia creció al 2,2 % mientras que las otras economías desarrolladas mostraron estancamiento o decrementos.

Un ejemplo es el sistema LANDTEM

CSIRO ha desarrollado superconductores de alta temperatura (HTS) con sensores SQUIDS (Superconductor Quantum Interference Device) para la prospección TEM (Transient electromagnetics). La union Josephson entre los dos superconductores es lo suficientemente delgada (~1 nm) para lograr que se dé un efecto túnel en las supercorrientes y ello amplifica la capacidad de detección. La unión está fabricada filmes delgados de YBa2Cu3O7-x sobre MgO.

Un bucle de conductor de unos 100 x 100 m se coloca en el suelo y cuando se pasa un pulso de corriente por el bucle, se inducen corrientes parásitas en cualquier material eléctricamente conductor bajo el suelo. Un receptor magnético detecta variaciones de estas corrientes parásitas durante un período de tiempo. Las curvas de comportamiento temporal indican la posible presencia de anomalías magnéticas invisibles profundas, indicadores de depósitos de minerales.

Algunos SQUIDS son tan sensibles que pueden recoger los débiles campos magnéticos causados por pensamientos.

LANDTEM - a transient electro-magnetic method of mineral prospecting

Métodos de trabajo

Se trata de proyectos que pueden tomar del orden de 10 a 20 años para su desarrollo

•Comienzo del trabajo en 1991. •En 1993, ensayos exitosos en un depósito de plata de BHP-Billiton.•Trabajo con BHP-Billiton hasta 1997. Se retira dicha empresa.•Trabajo colaborativo con Falconbridge desde 1999, una empresa minera canadiense para depósitos de sulfuro de níquel. •Exhibición del sistema en cuatro conferencias ASEG (Australian Society of Exploration Geophysicists)•Inicio de la fabricación del sistema SQUID LANDTEM por parte de la empresa australiana Outer Rim Development, bajo licencia. En asocio con una pequeña empresa de ingeniería, CSIRO, suministra los módulos SQUID para el sistema. •Actualmente se han vendido cinco sistemas y se encuentran en uso en Australia, Canadá y los EE.UU.

Para sacar adelante un proyecto de este tipo, el grupo de trabajo debió involucrarse con la comunidad geofísica australiana para lograr la aceptación de un sistema de refrigeración de nitrógeno líquido en aplicaciones de campo y para vencer la resistencia del sector minero, que ha sido lento en reconocer los grandes beneficios de este sistema.

Hacia la nanotecnología

Se están investigando nano-SQUID para detectores de fotón individual, de spines electrónicos, de átomos individuales.

Nano-SQUIDs para la detección de nanopartículas magnéticas

Nano-SQUIDs para interpretación de las respuestas de resonadores criogénicos NEMS (sistemas nano- electromecánicos)

Estrategias para la investigación sobre los materiales en JapónTeruo Kishi

El Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales (NIMS), con unos 1500 empleados, se dedica a la investigación de materiales con énfasis en la síntesis, caracterización y aplicaciones de metales, semiconductores, superconductores, cerámica y materiales orgánicos, en sus tamaños normales y a nanoescala. Las aplicaciones abarcan una amplia gama que incluye la electrónica, la óptica, los revestimientos, las pilas de combustible, catalizadores, y las biotecnologías.

Trabaja fuertemente en la caracterización de materiales mediante técnicas asociadas con microscopía electrónica, haces de partículas de alta energía y altos campos magnéticos. La mayor parte de la investigación es experimental, pero también se trabaja la modelización teórica.

En 2007 se creó en NIMS el Centro Internacional de Materiales Nanoarquitectónicos (MANA)

Personas de probada entrega al desarrollo científico y tecnológico

Es importante darse cuenta de que se requiere que el liderazgo de los programas de ciencia y tecnología de nuestro país sea ejercido por personas que tengan la capacidad para dedicar su vida entera a estos campos con alta mentalidad de servicio académico, social, gremial y administrativo.

El doctor Teruo Kishi es Asesor del Instituto NIMS, entidad de la cual fue su primer Presidente. También es Profesor Emérito de la Universidad de Tokio, de la cual es Doctor en Ingeniería (1969). Su especialización es la ciencia de materiales, especialmente la mecánica de fallas y los ensayos no destructivos, aplicables a metales, cerámica y materiales compuestos. Ha sido profesor en el Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzada (RCAST), en la Universidad de Tokio (1988), Director General de RCAST (1995) y Director General del Instituto Nacional para la Investigación Interdisciplinaria Avanzada (del Ministerio de Comercio Internacional e Industria (MITI) (1997). Fue Vicepresidente del Consejo Científico de Japón (2003) y Presidente de la Federación Japonesa de Asociaciones de Ingenieros (2007). En la actualidad, es Presidente del Consejo Directivo de Tsukuba Innovation Arena, NIMS; Director del Programa estratégico internacional de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología (JST), Miembro del Consejo directivo de las Universidades de Tokio y Tsukuba.

Teruo Kishi ha recibido los siguientes premios: Fellow de la Sociedad Americana de cerámica (1996), Officier de l'Ordre National du Mérite, Francia (2004), Premio Honda Memorial Fundación Honda (2006), Premio Barkhausen, Dresden, Alemania (2007) , Premio Carl-von-Bach-Medalla, Alemania (2009), distinguido miembro Vitalicio, ASM, EE.UU. (2010), Ostwald Fellowship, BAM, Alemania (2010)

Hacia la nanotecnología en NIMS

El NIMS se ha convertido en un líder mundial reconocido en muchos campos científicos, entre ellos algunos muy asociados con la nanotecnología, incluyendo:

Crecimiento y caracterización de los nanotubos de nitruro de boro Catalizadores de nanopartículasDeposición inducida por haz de electrones, para el crecimiento de nanoestructuras y la construcción de nanodispositivos Interruptor Atómico, dispositivo semiconductor a nano-escala para controlar los movimientos de átomos Termómetro basados en una pared de nanotubos de carbono

El Centro Internacional de Materiales Nanoarquitectónicos (MANA) ha sido creado en 2008, com la idea de impulsar conceptos novedosos de investigación que sirvan de catalizador y de fuente de cambio a la totalidade del NIMS. Para ello, se trata de traer los mejores científicos jóvenes de todo el mundo para llevar a cabo investigación en MANA, abjo la dirección de científicos de élite para guiarlos. Ya en sus corta existencia se han obtenido resultados importantes publicados en las principales revistas, como Nature y Science.

Una característica especial de MANA es que a pesar de que se encuentra en Japón y la mayoría de sus empleados son japoneses, se emplea el Inglés como idioma oficial, con el propósito manifiesto de que el MANA (y el NIMS eventualmente) se conviertan en centro científicos de gran liderazgo a nivel internacional.

Una nueva era para la tecnología de materiales en CoreaDr Dongwha Kum

El KIST, Instituto de ciencia y de tecnología de Corea, fue establecido en 1966, y es el instituto de investigación multidisciplinar más importante de Corea. Tiene como objetivo investigar, desarrollar y transferir las tecnologías creativas y originales que son necesarias para que el país avance en la ciencia y en su base tecnológica.En concreto, se centra en las tecnologías que integran sectores y que impulsan el crecimiento económico del país, especialmente en las áreas de medio ambiente, la energía, la salud, la seguridad y los materiales.KIST promueve activamente asociaciones con industrias, universidades y centros de investigación. Se considera que a través de esta cooperación se logra captar rápidamente las tendencias de cambio en ciencia y tecnología, así como acumular y difundir conocimientos que mejoren el bienestar de los ciudadanos del país.Para mejorar el nivel de excelencia de las investigaciones que se hacen, se mantiene una amplia red de cooperación global con científicos e instituciones de renombre mundial. Además, en el KIST se promueve un ambiente abierto a la creatividad para que los investigadores puedan desarrollar su máximo potencial.Se tiene la idea de ir más allá de las limitaciones de la tecnología, mediante la generación de resultados superiores de I + D, para contribuir que la humanidad viva en un mundo más agradable, más próspero y más feliz. De esta manera, se considera que el KIST será un instituto líder a nivel mundial.

Personas que contribuyen a generar las políticas científicas y tecnológicas de un país

Es importante darse cuenta de que se requiere formular adecuadamente las políticaspara orientar adecuadamente los programas. Esto se logra con personas de visión amplia, conocimiento y mucho compromiso.

El Dr. Dongwha Kum se unió al KIST en 1985 después de obtener el doctorado en la Universidad de Stanford, y se ha desempeñado como científico de materiales. Sus intereses de investigación abarcan diversos materiales de alta tecnología desde sus aspectos de procesamiento a granel, hasta la síntesis de película delgada e incluyen la caracterización utilizando haces de partículas aceleradas, tanto de electrones como de iones.

Actualmente es Investigador del KIST, del cual ha sido presidente de KIST (hasta 2009).Ha participado activamente en la formulación de política científica y tecnológica, en la gestión de programas de I+ D en el ámbito nacional a través de su participación en diversos Comités de Gobierno. Como primer Director General de la Dirección Nacional de Programas de I +D, del Instituto de Evaluación y Planificación ciencia y tecnología de Corea, tuvo mucho que ver con los notables avances del sistema nacional de I+D en Corea. Ha sido miembro del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC), que es encabezado por el Presidente del país.

Ha sido Vice Presidente de la Academia Nacional de Ingeniería de Corea (NAEK), uno de los vicepresidentes de la Federación Coreana de Sociedades de Ciencia y Tecnología de (KOFST). Ha sido presidente del Instituto Coreano de metales y materiales (KIMM) y de la Sociedad Coreana de Microscopía Electrónica.

Corea: un país que nos debe poner a pensar

En los años 50, Corea del Sur era un país relativamente pobre y devastado por la guerra. Colombia, en comparación, como me lo señaló el Dr. Dongwha Kum, era más rico y poderoso, como lo indica el hecho de que nuestro país envió 4000 soldados a la guerra de Corea. Hoy la situación es bien diferente. El año pasado , Corea del Sur se unió al club de denominado 20K -50M como su séptimo miembro. Este es el club de los países que cuentan con más de 50 millones de habitantes y con un ingreso per cápita anual superior a los US $ 20.000 (21.500). Colombia está a punto de contar con 50 millones de habitantes, pero su ingreso per cápita es bastante menor, US $ 8.130. Por otra parte Corea del Sur es un país de extensión 10 veces menor que la de Colombia.

Este pequeño país asiático se destaca en industria pesada , la petroquímica y las industrias de alta tecnología. La fabricación de acero , automóviles, la construcción naval , la refinación de petróleo , la manufactura de productos petroquímicos , semiconductores , teléfonos móviles y electrodomésticos dan ingresos significativos y peso específico e el concierto universal a este notable país.


Como la estructura industrial que Corea del Sur ha escogido es similar a la de grandes países como Japón y los países de la UE , el desarrollo coreano se ha llevado a cabo compitiendo directamente con países tecnológicamente avanzados.

En este proceso, el país ha dependido grandemente de los aprendizajes e influjos provenientes del exterior: tecnología , maquinaria, equipos, materias primas y técnica administrativas y de gestión industrial, todo lo cual ha ocurrido durante las últimas cinco décadas. Es una historia que demuestra la gran capacidad de aprendizaje y la inteligencia de los coreanos.

El asunto de los materiales fue reconocido como una de las prioridades de los años 70, y todavía lo es. El gobierno de Corea del Sur ha venido soportando con decisión a los programas de I+D en este campo desde los años 80. Se han logrado desarrollos importantes con gran esfuerzo, en buena parte a base de largos años de ensayo y error. Corea del Sur ha avanzado de cierta forma en los materiales tradicionales, tales como los metales básicos, el concreto , las wafers de silicio y la nafta para petroquímica, más que todo en productos para la producción masiva . Sin embargo , cuando se trata de materiales funcionales y de la química fina de alto valor añadido , Corea del Sur todavía depende demasiado de los proveedores extranjeros .


Como desde el año 2000 los productos coreanos y la industria respectiva tienen altas participaciones en los mercados mundiales y han logrado ventajas competitivas, se abre una nueva era para el sector de los materiales en Corea del Sur. Esto para responder a las necesidades crecientes de abastecimiento propio y sostenible de materiales de alta calidad , piezas y dispositivos , cada vez más difíciles de asegurar a partir de suministros externos.

Se trata de un desafío grande, que nos es fácil de superar. El gobierno , la industria y la academia está trabajando juntos para mejorar la capacidad de producción de nuevos materiales ya maduros y para lograr una continua expansión en los programas de desarrollo e investigación en el campo de los materiales .

Entre los programas en desarrollo está el World Premier Materials Project. Otro área de obvia importancia es la de la nanomateriales y los nano-materiales, las cuales están bien y tienen gran potencial de desarrollo en Corea del Sur. Por ejemplo, el evento anual Nano Korea cuenta con la segunda mayor asistencia a nivel mundial.

The Korean government ambitiously has started the World Premier Materials (WPM) project to become the fourth materials power in the world. The WPM-project is a project to develop ten core materials which will create a new market.

The ten core materials are:

•Magnesium for super-light vehicles•Super Sapphire Single Crystal materials•Smart Coating Steel•Center for Substrates for Flexible Display•Nano Carbon Composite•Ultra High-Purity Silicon•Bio-medical materials•Smart Membrane•Premium Ketone•Secondary Battery Material

Permanencia de largo plazo en el mercadoEl objetivo es dar a Corea capacidad continua en el mercado mundial en el campo de los materiales de mayor categoría. Para ello se planea invertir en total de US $ 1000 hasta el 2018, con el fin de llegar a más de mil millones de dólares de exportaciones por material en el mercado mundial y alcanzar participaciones de mercado del treinta por ciento.

Motor de crecimiento verdeA través del proyecto, Corea espera establecer su propia marca de materiales y crear un nuevo motor de crecimiento verde. El resultado final que se espera son ventas de US $ 30 mil millones y 32 mil nuevos puestos de trabajo.

Corea: algunas cifras de un país que nos deben poner a pensar

Inversión en I+D en el país 4 % del PIB

Patentes en USA 12.000 (país 4 en el mundo)

Artículos publicados 44.000 (país 11 en el mundo)

Personal que trabaja en I+D 288.000 (país 6 en el mundo)

En el área de los materiales

Patentes en USA 259 (país 4 en el mundo)

Artículos publicados 4.358 (país 4 en el mundo)

Personal que trabaja en I+D 12.000

Materials Genome Initiative. La Iniciativa Genoma de los Materiales: La génesis de un nuevo paradigma en la Investigación de MaterialesDra. Laurie E. Locascio La doctora Locascio es directora del Laboratorio de medición de los materiales en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . Este laboratorio cuenta con más de 900 miembros, personal y científicos visitantes, un presupuesto anual de 160 millones de dólares y sirve como laboratorio de referencia en USA para las mediciones de la química, biología y la ciencias de los materiales a través de actividades que van desde la investigación fundamental sobre la composición , estructura y propiedades de los materiales industriales, biológicos y ambientales y los relacionados con los asociados, hasta la elaboración y difusión de materiales de referencia certificados , datos evaluados críticamente y otros programas de aseguramiento de la calidad de la medición. Este laboratorio sirve una amplia gama de sectores industriales y proporciona servicios de investigación , servicios de medición y herramientas de aseguramiento de calidad para hacer frente a problemas de importancia nacional como la evaluación del cambio climático, la investigación de nuevas fuentes de energía renovable, la búsqueda de mejores herramientas de diagnóstico y mejores terapias para el cuidado de la salud.

Personas que puedan garantías de desarrollos en el campo del aseguramiento de la calidad y el desarrollo de metodologías para la investigación experimental

La solución de los problemas de la medición responsable, eficiente, certificada, que verdaderamente soporte el desarrollo experimental y científico es fundamental. Se requiere de personas y de métodos que no se constituyan en obstáculos o en centros de poder, que no encarezcan o dificulten o hagan muy complejo el proceso de medición y de manejo de datos.

La doctora Locascio recibió su B.Sc. en Ciencias Químicas por la Universidad James Madison , M.Sc. en bioingeniería de la Universidad de Utah, y doctorado en toxicología de la Universidad de Maryland Escuela de Medicina . Ha publicado más de 100 artículos científicos y tiene ocho patentes en los campos de la microfluídica , biosensores y sistemas de sensores y flujos. Algunos de sus premios y reconocimientos incluyen Medallas de plata y bronce del Departamento de Comercio de EUA, el premio Arthur F. Findeis de la División de Química Analítica de la ACS, el Premio de Investigación Aplicada del NIST.

La Dra. Locascio sirve como co -presidente del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de EUA. En la actualidad es miembro de un comité que trata de impulsar acciones para que se pueda llevar a la práctica la iniciativa que ha lanzado el presidente Obama del Materials Genome Initiative

Sus últimos trabajos científicos están muy relacionados con la nanotecnología

Incentivar la apertura hacia los datos que se van obteniendo y el acceso a las herramientas

Facilitar las comunicaciones científicas y tecnológicas

Estructurar el trabajo colaborativo entre los sectores público y privado

Dejar de lado el ánimo controlista y restrictivo del sector público y evolucionar hacia la creación de realidades nuevas en forma amigable con el sector privado

Impulsar la innovación por medio de los computadores, la informática de datos y la experimentación

Utilizar al máximo las herramientas disponibles para el logro de la innovación

Llevar la comunidad hacia diferentes normas culturales

Cambiar los puntos de vista y la cultura prevalentes

Minería de datosCorrelaciones Acceso abierto

Llenar los vacíosSoftware de acceso abierto Encuentros enfocados en grandes metasBarrido racional de datos

La necesidad de esfuerzos coordinados para que la acción sea efectiva y de contar con presupuestos e iniciativas sólidos y bien concebidos

Acerca OSTP

El Congreso de EUA estableció la Oficina de Política de Ciencia y Tecnología (OSTP) en 1976, con un amplio mandato para asesorar al Presidente y otros dentro de la Oficina Ejecutiva del Presidente de los efectos de la ciencia y la tecnología en los asuntos nacionales e internacionales. La Ley de 1976 también autoriza OSTP para dirigir los esfuerzos interinstitucionales para desarrollar e implementar políticas y presupuestos de ciencia y tecnología que sean sólidos y bien concebidos, y para trabajar con el sector privado, los gobiernos estatales y locales, la ciencia , el sector educativo y con otras naciones hacia este fin.

Revisión somera de los temas relacionado con materiales y sostenibilidad

•Materiales para la energía•Materiales para el medio ambiente•Materiales avanzados para el trabajo estructural a altas temperaturas•Aceros avanzados y aleaciones•Metales y aleaciones Ligeras•Materiales compuestos (Composites) y materiales híbridos•Biomateriales, materiales y estructuras Inteligentes•Tierras raras, electrónica y materiales magnéticos•Películas delgadas e ingeniería de superficie•Caracterización de materiales y evaluación avanzada

Materiales para la energía (1)

Los desarrollos están ocurriendo en diversas áreas como las siguientes:

Sistemas de transporte submarinos para hidrocarburos (aceros de grandes espesores y resistencias, X70, aceros aleados con Niobio)

Sistemas de alta capacidad de almacenamiento de energía y de volumen pequeño. Condensadores basados en nanoestructuras de óxidos metálicos (RuO2, MnOx, y Fe3O4) y polímeros conductores para aproximarse a lo que hacen las baterías.

Sistemas para conversión directa de energía mecánica en energía eléctrica (Polímeros dieléctricos electro activos, PAAD)

Materiales para baterías a base de Litio, sin colbalto, por ejemplo of LiMn0.5-xNi0.5-xAl2xO2 y métodos para obtenerlos, como el método hidrotérmico.

Producción más económica de silicio para dispositivos de generación de energía fotovoltaica que sean más competitivos. Por ejemplo la ruta electroquímica para la producción Si de alta pureza a partir de sales fundidas.

Materiales para la energía (2)

Materiales energéticos a escala nano, por ejemplo Nano Termitas a base de mezclas de Al y óxidos metálicos.

Combustible nuclear más seguro (por ejemplo los basados en el óxido de torio)

Desarrollo de métodos para evitar encrustramientos con los productos de corrosión en tubos de intercambio térmico en plantas térmicas, por ejemplo con dispersantes a base de ácido poliacrílico (PAA)

Desarrollo de materiales de almacenamiento de hidrógeno, por ejemplo hidruros metálicos de tipo Mg2Ni o de aleaciones basadas en Mg.

Celdas solares de mayor eficiencia, mediante el aumento de áreas superficiales . Por ejemplo sensibilizadas por colorantes sobre semiconductores de óxidos tales como ZnO o TiO2, con pigmentos orgánicos o metalo-orgánicos.

Baterías de iones de litio de estado sólido, para mayor seguridad, confiabilidad, alta densidad de energía y con propiedades de incombustibilidad.

Desarrollo de ánodos especiales para las baterías de litio, por ejemplo a base de nano compuestos de Al-Si/C

Materiales para para el medio ambiente (1)

Optimización de los propiedades antibacteriales de materiales como los iones de plata y de cobre o como los polvos minerales de turmalina para inhibir el crecimiento de bacterias marinas.

Formas de capturar el CO2 y convertirlo en materiales útiles, por ejemplo formación de aragonita a ser empleada con ventaja como relleno en plásticos de ingeniería.

Mg aleado como metal estructural de última generación, si se resuelven problemas tanto de capacidad para dejarse trabajar como su resistencia a la corrosión y la formación de grietas por efectos ambientales.

Proceso de metalurgia en polvo aplicados a materiales como el aluminio y sus aleaciones, para ampliar el rango de estos materiales en aplicaciones donde se requiere alta resistencia al medio ambiente.

Desarrollo de cerámicas celulares porosas resistentes a ambientes químicos, como materiales estructurales de baja densidad, alta resistencia a temperatura y baja conductividad térmica. Por ejemplo a partir de mezclas de arcillas con lodos de plantas de tratamiento de aguas.

Materiales para para el medio ambiente (2)

Desarrollo y optimización de adsorbentes y de sus soportes para la captura de contaminantes, por ejemplo a base de alúmina activada y modificada, calcio, hierro, tierras raras, carbono , materiales naturales, biosorbentes , residuos agrícolas, desechos industriales, hidróxidos dobles laminares, materiales de construcción, nano-adsorbentes, etc.

Desarrollo de fotocatalizadores novedosos, limpios y eficientes para aplicaciones en el control de contaminación, la conversión de energía, la síntesis química. Por ejemplo a bases de TiO2 dopado con metales de transición.

Desarrollo de técnicas mejoradas para sintetizar y depositar nanocristales, por vía de solución acuosa, para ser empleados para múltiples apliaciones (por ejemplo catálisis ambiental a base de óxidos de cerio)

Desarrollo de imanes de altas especificaciones a base de aleaciones de tierras raras y metales del grupo del hierro, para los motores de los vehículos eléctricos e híbridos (y de métodos para recuperar elementos mediante reciclaje, debido a su escasez)

Materiales avanzados para el trabajo estructural a altas temperaturas

Trabajos sobre aceros inoxidables austeníticos, aleaciones forjadas de Al, superaleaciones de Ni para lograr la presencia de Límites de Grano Dentados (SBG) para obtener altas resistencias al agrietamiento y a la temperatura.

Desarrollo de superaleaciones de níquel, de alta resistencia a la temperatura de resistencia, que sean más económicas que las dopadas con rutenio y/o renio, para turbinas de aviones.

Desarrollos de aleaciones para turbinas a base de Ni-Nb-Al controlando las dinámicas del crecimiento de granos.

Desarrollos de aleaciones ferrosas con azufre, fabricadas por Metalurgia de Polvos para resolver problemas de lubricación en muchos campos de la ingeniería de alta temperatura.

Preparación de materiales de grano fino de alta densidad mediante sinterización de plasma por chispa (SPS), lo cual permite mejores propiedades de grano.

Desarrollo de aleaciones intermetálicas de Ti-Al mediante procesos de metalurgia en polvo mejorados.

Desarrollo de aleaciones mejoradas (por ejemplo Hastelloy) mediante adiciones de silicio.

Aceros avanzados y aleaciones

Métodos para la eliminación impurezas (de fósforo, azufre y arsénico) de ferroníquel y aleaciones de níquel provenientes de catalizadores gastados, para facilitar la recuperación de los metales.

Mejores condiciones superficiales en la producción de planchas de acero de ultra bajo carbono por colada continua, desarrollando tecnologías de molde de flujo fundido (Molten Mold Flux Technology)

Desarrollo de métodos para minimizar la formación de incrustaciones de óxido sobre la superficie de productos de fundición por laminación, mediante investigaciones y desarrollos relacionados con la atmósfera oxidante existente.

Desarrollos para evitar el efecto dañino de las inclusiones espinela (del tipo MgO-Al2O3) durante la refinación de los aceros

Desarrollos de sistemas de recuperación de calor de la escoria siderúrgica

Desarrollos de nuevos aceros de alta resistencia para aplicaciones en automóviles ligeros

Metales y aleaciones Ligeras

Fabricación de aleaciones de nano-hetero estructuras de aluminio. Mediante hierro y otros elementos micro-aleantes se logra producir estas finas estructuras. Se logran muy buenas mejoras en resistencia y ductilidad.

Desarrollo de aleaciones de Al Ti C mediante metalurgia de polvos como sistema para lograr granos refinado y mejores propiedades en el aluminio y sus aleaciones.

Desarrollo de métodos para aleaciones basados en el trabajo con masas semifluidas y semisólidas (agitación mecánica y electromagnética, vibraciones ultrasónicas, agitación por burbujeo con gases, Strain Induced Melt Activation(SIMA), thixoreología). El Thixoformado es una naciente tecnología de conformación de metales en el estado semi-sólido que proporciona las ventajas combinadas de conformabilidad (thixoforjado) y calidad (thixomoldeo).

Desarrollo del control de textura, mediante combinaciones de trabajo en frío y tratamiento térmico. Por ejemplo, para aleaciones de aluminio mediante tratamiento a alta temperatura luego de deformación.

Desarrollo de campos electromagnéticos combinados (CEMF) para lograr mejores convecciones en la masa fundida y en tal forma controlar y mejorar la microestructura de solidificación de aleaciones.

Materiales compuestos (Composites) y materiales híbridos

Utilización de materiales como el grafito pirolítico térmico (TPG) que tengan alta direccionalidad en sus propiedades, para generar efectos especiales en los materiales, por ejemplo, altas conductividades.

Desarrollos de ingeniería de nanodispersión en matrices de grano ultrafinos, para mejorar la ductilidad de lacompuestos metálicos reforzados por partículas de cerámica micrónicos, sin afectar la resistencia.

Desarrollos de métodos para producir multicapas metálicas, compuestas de capas de metales maleables, alternando con capas con espesores a escala nanométrica, para lograr impactos benéficos en diversas propiedades.

Utilización de materiales compuestos de matriz metálica (MMC) y de multicapas de metal y cerámica, entre otros, para lograr cumplir con características multifuncionales, las cuales no se logran con los materiales convencionales (metales, cerámicos, poliméricos). Se han desarrollado diversas técnicas de fabricación, tanto de estado sólido, como líquido y sus combinaciones.

Desarrollo de técnicas para fabricar materiales compuestos de matriz metálica reforzados con nano componentes (MMNCs), espumas sintácticas (refuerzo de matrices con micro esferas huecas) y Metales de reparación automática (por ejemplo reforzados con polímeros reversibles)

Enclavamientos Topológicos para mantener la integridad de materiales segmentados, los cuales están conformados por bloques no adheridos, en busca de propiedades especiales.

Biomateriales, materiales y estructuras Inteligentes

Desarrollo de cerámicas bioactivas, que tienen la capacidad de formar uniones óseas y mejorar el crecimiento óseo.

Empleo de métodos de oxidación directa de metal, DIMOX, para fabricar materiales biomédico ortopédicos compuestos.

Desarrollo de técnicas de Conformado Directo por Láser (DLF) y otras formas de Manufactura por adición (AM) para el procesamiento de polvos para fabricar formas complejas, por ejemplo de aleaciones de titanio, para biomedicina.

Empleo de nanopartículas de materiales nobles (por ejemplo oro), para lograr propiedades especiales (ópticas, físicas, químicas) que se puedan asociar a sustancias de interés, por ejemplo con fines de identificación y segumiento y desarrollo de técnicas para preparar las nanopartículas (por ejemplo a partir de la reducción de soluciones de un precursor de sal metálica en la presencia de un agente estabilizante).

Desarrollo de materiales y productos antibacterianos, los cuales combinan elementos de la ciencia de los materiales y la microbiología. Entre las acciones antibacterianas están las que se logran por la composición química de los materiales (especialmente iones metálicos) y por las actividades fotocatalíticas, como el caso de materiales semiconductores.

Tierras raras, electrónica y materiales magnéticos

Los diecisiete elementos de número atómico 57 y 71 son los llamados de tierras raras. Se utilizan como materiales de alta funcionalidad, catalizadores, fosforescentes, en aleaciones magnética, entre otros. Desarrollo de tecnologías para enfrentar la escasez potencial de elementos de tierras raras mediante mejores tecnologías de lixiviación, separación, refinación y procesos de reciclaje

Desarrollos crecientes en el campo de los imanes permanentes, dada su importancia como componentes esenciales en una amplia gama de aplicaciones tales como motores eléctricos, altavoces, computadores, reproductores de CD, hornos microondas, juguetes y neveras, entre otros, además de su empleo en tecnologías verdes como en los vehículos híbridos y los generadores eólicos. En general se trabaja con imanes basados en tierras raras (Nd-Fe-B y Sm-Co ) por sus muy altas energías (20 a 55 MGOe), mientras que los imanes tradicionales, libres de tierras raras, (basados en aleaciones de hierro y ferrita, sólo muestran energías moderadas (3 -10 MGOe). En cambio se están dando desarrollos de imanes permanentes con aleaciones de Co y metales de transición (HfCo7 y Zr2Co11), de Mn y Bi aleados con Pt, Au y Fe y nanocomposites ricos en Fe y en FePt, con resultados promisorios.

Desarrollos en el campo de los nanomateriales magnéticos, como el de la técnica el auto ensamblaje de capa por capa (LBL), que permiten ensamblar nanocristales, por ejemplo de óxido de hierro con polielectrolitos comunes, lográndose una combinación sinérgica de las propiedades de los distintos componentes.

Películas delgadas e ingeniería de superficie

Desarrollo de sensores para detectar gases basados en películas delgadas de óxidos metálicos nanoestructurados

Desarrollo de técnicas para mejorar las características superficiales de los aceros y otras aleaciones, por ejemplo mediante electropulido en presencia de electrólitos.

Desarrollo de técnicas para carburización (cementación) directa, en las cuales evite la deposición de hollín, mediante la inyección de vapor de agua.

Desarrollo de técnicas de electrodeposición a partir de soluciones acuosas, como proceso potencialmente más económico que los tradicionales, que además permite recubrir superficies grandes en diversos materiales metálicos. Por ejemplo para preparar capas delgadas de Zn Te para semiconductores.

Desarrollos basados en el Nitruro de indio (InN), que es probablemente el material más importante en los últimos años para una amplia gama de aplicaciones en optoelectrónica de estado sólido y otras aplicaciones electrónicas.

Desarrollos de recubrimientos superficiales modificados con nanopartículas, como nanotubos de carbono ,grafeno, SiO2, TiO2, ZnO, ZrO2, con los cuales se logra interfaces de mayores áreas superficiales, por ejemplo enmatrices de polímero, lo cual da lugar a mejores propiedades

Caracterización de materiales y evaluación avanzada

Desarrollo de técnicas cada vez más desarrolladas de microscopía, por ejemplo corrección de aberración anular de campo brillante (ABF), campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF), microscopía electrónica de barrido por transmisión (STEM), entre otras.

Técnicas especializadas de detección, por ejemplo, detección de emisiones de hidrógeno provenientes de fracturas en los grano de una estructura, como indicadores de fracturas en desarrollo,

Desarrollo de radiografía de rayos X en el sitio para estudiar los procesos de solidificación en una amplia gama de sistemas de aleaciones binarias y ternarias.

Métodos para detectar preventivamente y en sitio, corrosión influenciada microbiológicamente en tuberías de la industria de Oil & Gas

Desarrollo de nuevas técnicas de medición para caracterizar los cada vez más pequeños elementos asociados con la nanotecnología.

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