Classificació, Propietats i Aplicacions dels Materials i la Nanotecnologia

Materials i ús dels materials

Materials són les substàncies que componen qualsevol producte. Al principi, s'utilitzaven els materials que es podien obtenir de la natura (pedra, metalls com el bronze, coure i ferro). L'ús de metalls requeria l'explotació de jaciments miners.

Des de la Revolució Industrial, la majoria de materials es produeixen en fàbriques, obtinguts a partir de recursos naturals o semielaborats.

Recursos Naturals

Destaquen els ***metàl·lics*** i els ***no metàl·lics***. La seva explotació requereix l'ús de tècniques de prospecció i explotació, que s'han anat sofisticant (utilització de satèl·lits, GPS, etc.). Són recursos ben limitats.

Primeres Matèries

S'obtenen dels minerals extrets de les mines. Estan compostes per la ***mena*** (part valuosa) i la ***ganga*** (part rebutjable).

Manufactures

Materials produïts a les fàbriques. Poden adoptar diferents formes. Es divideixen en 5 grups principals:

• ***Metàl·lics*** (ferrosos i no ferrosos)
• ***Polímers*** (plàstics, cautxús, fibres)
• ***Ceràmics*** (llosa, porcellana)
• ***Compòsits*** (fets per dos o més materials)
• ***Altres*** (fusta o paper)

Materials més utilitzats

Metalls

Els metalls presenten gran conductivitat elèctrica i tèrmica. Són dúctils, mal·leables i corrosibles. Poden formar ***aliatges*** (unió de dos o més metalls, o d'un metall i un no metall).

Tipus de Metalls

Ferrosos

Inclouen el ferro fos, els acers i l'acer inoxidable. Es caracteritzen per ser barats, fàcils d'obtenir, resistents, durs i de llarga durada. Són utilitzats a la indústria en general, màquines i automòbils.

No Ferrosos

Inclouen l'alumini, coure, níquel, plom, titani, zinc, magnesi, etc. Tenen menys resistència i duresa, però són més resistents a la corrosió. Són més cars de produir i la seva utilitat varia segons el tipus (indústria aeronàutica, electrònica).

Polímers

Formats per la unió de moltes petites partícules anomenades ***monòmers***, donant lloc a formes molt diverses.

Tipus de Polímers

Polímers Naturals

Com les fibres vegetals i animals (cotó, lli, llana, seda).

Polímers Sintètics

Com les fibres artificials (niló, polietilè) i els plàstics (PVC).

• Els ***plàstics*** són els més utilitzats. Es deformen irreversiblement per escalfament o reacció química.
• El seu ús és molt variat a la indústria pel cost reduït i el pes, però contribueixen a l'elevada contaminació mediambiental.
• Altres usos: ***cautxús*** per a pneumàtics i ***fibres*** per a teixits.

Ceràmiques

Són sòlids inorgànics, no metàl·lics i obtinguts per tractament tèrmic. Normalment s'obtenen d'argiles.

Un dels més importants és el ***vidre*** (dur, fràgil, transparent i molt resistent als agents químics). Usos principals: construcció, medicina, electrònica, energia nuclear.

Paper

S'obté a partir de la pasta de paper elaborada amb teixits vegetals. El seu consum es va incrementar amb la invenció de la impremta.

La qualitat ha variat al llarg dels segles (augment de la resistència, possibilitat d'acolorir-lo, etc.). Usos: caixes, embolcalls, mocadors.

És una bona pràctica el reciclatge i la reutilització de paper, ja que la seva producció afavoreix la desforestació i la contaminació de l'aigua.

Nanotecnologia

La nanotecnologia és la combinació de ciència bàsica amb enginyeria. És el conjunt de tècniques que permeten idear materials o estructures a escala atòmica, utilitzant àtoms i molècules.

Aplicacions i Desenvolupaments

Les aplicacions s'han anat ampliant:

• ***Magnetoresistència gegant***: Útil per crear el disc dur amb gran capacitat d'emmagatzematge (descoberta per Fert i Gruenberg).
• ***Nanotubs de carboni***: Estructura molt lleugera i resistent formada per estructures hexagonals de carboni. Serveixen com a aïllants, semiconductors, i tenen gran resistència mecànica i millor visió que els cristalls. Actualment, s'investiga amb nanotubs de silici.

Nanotecnologia en Medicina i Energia

• ***Medicina***: S'utilitzen per fer biotxips o transportadors diana de medicaments. Fins i tot es podrien sintetitzar biomolècules àtom a àtom.
• ***Energia***: Es pot utilitzar per produir o emmagatzemar energia. S'han descobert els ***nano-flakes*** (materials capaços de convertir en energia elèctrica el 30% de l'energia solar rebuda) o per crear teixits intel·ligents.