Compuestos, semiconductores y polímeros: propiedades, clasificación y aplicaciones
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Resumen
El texto explica tres tipos de materiales: los compuestos, formados por la unión de dos o más materiales que adquieren propiedades superiores a las de cada uno por separado; los semiconductores, con conductividad eléctrica intermedia entre conductores y aislantes; y los polímeros, compuestos orgánicos de cadenas largas con sus características, orígenes y clasificación. Se citan ejemplos y aplicaciones prácticas de cada uno.
Puntos clave
- Los compuestos combinan dos o más materiales y suelen tener un material reforzante y una resina aglomerante; ejemplos son la fibra de vidrio, el hormigón y la madera.
- Los semiconductores tienen conductividad eléctrica intermedia entre conductores y aislantes, y su conductividad aumenta con la temperatura.
- El silicio, el selenio y el germanio son los únicos elementos con aplicaciones prácticas como semiconductores, y el silicio es el más utilizado.
- Los polímeros son compuestos orgánicos basados principalmente en carbono e hidrógeno, formados por macromoléculas de cadenas largas.
- Los polímeros son de baja densidad, flexibles, aislantes eléctricos, térmicos y acústicos, y no soportan temperaturas elevadas.
- Según su estructura interna, los polímeros se clasifican en termoplásticos, termoestables y elastómeros.
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Compuestos
Los compuestos están formados a partir de dos o más materiales de distintos grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de forma individual. La mayoría consta de un material reforzante y una resina aglomerante, diferenciables fácilmente. La fibra de vidrio, que es vidrio en forma de filamentos embebido dentro de un material polimérico, es un ejemplo familiar: esta es mecánicamente resistente debido al vidrio, y flexible debido al polímero. Otros ejemplos son el hormigón y la madera.
Son esencialmente insolubles entre sí, con características superiores a los materiales por separado. La naturaleza nos ofrece un material compuesto natural que es la madera (material fibrado). También los hormigones hechos basándose en cemento y grava, el asfalto, los plásticos reforzados con fibra de vidrio, etc.
Semiconductores
Los semiconductores tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes eléctricos. Por ende, se dice que su conductividad eléctrica puede controlarse y regularse. Los semiconductores posibilitan la fabricación de los circuitos integrados en los dispositivos electrónicos y/o informáticos actuales.
El Silicio, el Selenio y el Germanio son los únicos elementos que actualmente tienen aplicaciones prácticas como semiconductores. Sin embargo, gran variedad de compuestos cerámicos e intermetálicos presentan este mismo efecto.
Los semiconductores aumentan su conductividad con la temperatura, pues la energía térmica suministrada es suficiente para que los electrones no enlazados puedan saltar a la banda de conducción.
El cristal de silicio es el elemento más utilizado en la actualidad como material semiconductor para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y los microprocesadores que utilizan las computadoras personales, así como otros dispositivos digitales.
Polímeros
Los polímeros son compuestos orgánicos, basados principalmente en Carbono e Hidrógeno, además de otros elementos no metálicos. Se caracterizan por estar formados por largas cadenas de moléculas y van desde los plásticos comunes al caucho. Son materiales de baja densidad y gran flexibilidad, poseen muy poca conductividad térmica y eléctrica, así como baja resistencia mecánica. Además, debe evitarse su uso a altas temperaturas, ya que suelen degradarse rápidamente.
Están formados por macromoléculas, es decir, moléculas gigantes constituidas por unidades más pequeñas que contienen carbono y se repiten formando cadenas lineales, ramificadas o entrecruzadas.
Características de los Polímeros
- Baja densidad
- Alta estabilidad química
- Aislante eléctrico, térmico y acústico
- Fácil de conformar y bajos costes de producción
- Baja resistencia mecánica aunque alta relación resistencia/densidad
- No soportan temperaturas elevadas
- Algunos son muy elásticos, otros rígidos, en general son fáciles de colorear, muchos son transparentes y otros opacos
Origen de los Polímeros
Por transformación de derivados del petróleo, el gas natural o el carbón como:
- El PVC
- Polietileno
- Poliestireno
- Baquelita
- Caucho artificial, etc.
Clasificación de los Polímeros
En función de su estructura interna, los materiales polímeros se clasifican en:
- Termoplásticos
- Termoestables
- Elastómeros
Preguntas frecuentes
¿Qué es un material compuesto?
Un material compuesto está formado por dos o más materiales de distintos grupos, que producen propiedades que ninguno tiene por separado. Suele constar de un material reforzante y una resina aglomerante.
¿Por qué aumenta la conductividad de los semiconductores con la temperatura?
Porque la energía térmica suministrada es suficiente para que los electrones no enlazados puedan saltar a la banda de conducción.
¿Qué características tienen los polímeros?
Son de baja densidad, gran flexibilidad y alta estabilidad química, aunque tienen baja resistencia mecánica y no soportan temperaturas elevadas. Son aislantes eléctricos, térmicos y acústicos.
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