Secret Materials Descubra el mundo de los nuevos materiales Una herramienta de aprendizaje para los futuros científicos europeos

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1 Secret s Descubra el mundo de los nuevos materiales Una herramienta de aprendizaje para los futuros científicos europeos Camisas que no se arrugan, papel a partir de desechos de la producción de zumo de manzana o ventanillas traseras de automóviles con luces programables. Se calcula que el 70 % de los productos innovadores se basan en materiales nuevos o con propiedades mejoradas. Los materiales desempeñan una función como generadores de crecimiento económico y de riqueza en Europa. Por ello es importante llamar la atención sobre las repercusiones y las posibilidades de la investigación actual sobre materiales y también mostrar a la opinión pública el potencial para mejorar nuestras vidas que atesoran los nuevos materiales, hacer más sostenible la producción industrial y generar riqueza y empleo en Europa. Para llegar a buen puerto, todo proceso innovador debe incluir la transformación de una solución tecnológica en un producto comercializable. Las muestras de materiales innovadores contenidas en esta caja están deseando ser manipuladas en experimentos prácticos. La caja «Secret s» contiene muestras representativas de materiales novedosos que van acompañadas de explicaciones e instrucciones para poner a prueba sus propiedades. Confiamos que resulte especialmente interesante para niños y jóvenes. Además de divertir, con esta caja se pretende informar de lo que se puede lograr gracias a la ciencia y la ingeniería de materiales. La investigación conforma el futuro. Se recomienda que los menores realicen los experimentos bajo la supervisión de un adulto. Disfruten descubriendo las propiedades secretas de estos materiales!

2 1 Aleación con memoria de forma Cambiante Puedes devolverle su forma? Misión: devolver un alambre a su forma original Gracias a innovaciones en la tecnología de fabricación de fibras se ha podido crear toda una gama de tejidos «inteligentes». Las aleaciones con memoria de forma (SMA) se han sometido a ciertas modificaciones para incorporarlas a la estructura de los tejidos. Ya existen materiales textiles nuevos que reaccionan al entorno adquiriendo una forma determinada. Por ejemplo, cierta firma europea de ropa ha confeccionado una camisa con tejido de Nitinol que se plancha sola. Para ello sólo hace falta un secador de pelo, ya que el tejido está compuesto por nailon y una aleación con memoria de forma que recupera su geometría original al calentarse. También hay diseñadores de moda que utilizan ya fibras dotadas de esta capacidad de memoria. 1. Dobla el Cambiante como quieras, échale imaginación! (evita formas con diámetros inferiores a 12 mm) 2. Vierte agua caliente en un cuenco (temperatura > 60 C) 3. Sumerge con cuidado el Cambiante en el agua caliente y observa su transformación Las aleaciones con memoria de forma son capaces de «recordar» su forma original. Así, se pueden deformar a una temperatura baja y después recobrar su forma predeterminada al calentarlas por encima de la llamada temperatura de transición, por ejemplo sumergiéndolas en agua caliente. Las SMA reciben también el nombre de «metales con memoria». Durante la transformación mediante la que recuperan su forma original, la aleación genera fuerzas intensas. Por ello los metales con memoria se utilizan como accionadores en diversas aplicaciones técnicas, por ejemplo en sistemas hidráulicos, neumáticos y en motores. Los materiales de este tipo que se consideran más propicios para aplicaciones de ingeniería son las aleaciones con memoria de forma basadas en cobre y también en níquel/titanio. Algunas de estas aleaciones presentan buena biocompatibilidad, y por ello se emplean en aplicaciones médicas para espacios muy reducidos, por ejemplo en válvulas cardiacas. En este caso, la calidez de la sangre basta para activar el efecto de memoria que expande la endoprótesis y para que la válvula cardiaca recupere su geometría activa.

3 2 Papel pintado cerámico Rastro de agua Puedes deslizarte hasta la meta? Misión: guiar el agua por el laberinto Cada vez se da más importancia a la sustitución de los materiales de construcción convencionales por materiales más ligeros dotados de características multifuncionales. Los objetivos de esta sustitución son reducir la cantidad de material necesario para cualquier construcción de ingeniería civil e integrar varios aspectos funcionales en un mismo material. La nanotecnología ofrece la posibilidad de proponer conceptos y productos completamente nuevos. Un ejemplo excelente de ello es CCFLEX, un recubrimiento flexible para paredes especialmente apto para su uso en lugar de azulejos en espacios frecuentemente húmedos. Su uso es casi tan sencillo como el del papel pintado normal. 1. Depositar unas gotas de agua en la cara con relieve del material «Rastro de agua» 2. Hacer que el agua se desplace sobre la superficie inclinando levemente la muestra de material hacia arriba y hacia abajo y de un lado a otro 3. Evitar los obstáculos del laberinto y llevar el agua hasta la meta sin salirse CCFLEX es una cerámica flexible extraordinaria creada por Evonik Degussa que aúna las ventajas del papel pintado común en cuanto a su manipulación y las características de una superficie pétrea. Es un material ligero intrínsecamente impermeable al 100 %, estable ante la radiación ultravioleta y muy resistente al fuego, a sustancias químicas y al rayado. La base del material es una tecnología patentada que permite el revestimiento cerámico de un forro polimérico flexible que lo dota de una capa externa inorgánica. Las propiedades de este producto se pueden ajustar a aplicaciones concretas en una amplia gama de campos siguiendo un proceso continuo. Sobre todo para espacios húmedos supone una alternativa competitiva a los azulejos comercializados hasta ahora. Además, se le pueden incorporar propiedades especiales, por ejemplo una limpieza fácil y la capacidad de ser cortado en distintas formas con utensilios comunes para su aplicación prácticamente en cualquier superficie. En el año 2010 salieron a la venta productos europeos basados en este material.

4 3 Eres capaz de manejarlo? Pigmento termocrómico Papel detector Misión: activar la superficie secreta Ya hay a la venta papel pintado que cambia de color al tocarlo con la mano o superficies para asientos que permiten distinguir nítidamente la posición en la que alguien se sentó. En los últimos años han aparecido varios productos cotidianos que incorporan materiales y revestimientos que responden a influencias del entorno. Se los llama «inteligentes» porque sus propiedades cambian conforme a los estímulos externos. Los pigmentos termocrómicos (que responden al calor) se desarrollaron en origen para aplicaciones de seguridad, por ejemplo para detectar el calentamiento indebido de productos alimentarios durante su transporte en vehículos refrigerados. Hoy en día ofrecen numerosas posibilidades muy interesantes en los campos de la publicidad, el diseño de muebles y la moda. 1. Poner el papel detector entre las palmas de las manos, colocando éstas dentro del círculo marcado 2. Esperar entre 5 y 10 segundos; la reacción revelará tus secretos internos Un material puede adquirir cualidades termocrómicas es decir, la capacidad de cambiar de color al variar la temperatura si se reviste con pigmentos termocrómicos. El efecto termocrómico se debe a cambios en la estructura cristalina. Los materiales termocrómicos más frecuentes son los óxidos metálicos inorgánicos (como el óxido de zinc y el óxido de vanadio), las mezclas poliméricas y los cristales líquidos, que al calentarse no pasan directamente del estado cristalino al estado líquido. Actualmente reciben una atención científica considerable los hidrogeles termosensibles como protectores solares. Ya hay a la venta barnices térmicos para un gran número de aplicaciones distintas que permiten lacar con facilidad la mayoría de materiales. Es posible ajustar la temperatura a la que se produce la reacción y definir los cambios de color. Las resinas termocrómicas se pueden mezclar con materiales convencionales de moldeo y emplearse para producir diversos componentes de plástico.

5 4 Aluminio luminiscente Luz Secreta Eres capaz de descifrar el código? Misión: crear un mensaje secreto Desde hace tiempo los materiales y las sustancias que emiten luz resultan especialmente atractivos para diseñadores y arquitectos. Algunos ejemplos son las fibras y textiles fosforescentes y las partículas luminiscentes incorporadas a piedra. Los materiales emisores de luz no sirven únicamente con fines estéticos, sino también para aplicaciones de seguridad. Si en un edificio público se produce un corte de electricidad es probable que cunda el pánico y se produzcan accidentes. Para casos así puede resultar muy útil un revestimiento especial para superficies de aluminio cuya fosforescencia dura cerca de una hora y que se puede colocar en techos y paredes. 1. Retirar la cubierta protectora de la muestra de Luz Secreta 2. Escribir un mensaje codificado en la superficie sensible 3. Exponer a la luz, girar el mensaje 180 y volver a exponer a la luz (puede llevar unos pocos minutos en función de la intensidad de la luz) 4. Apagar todas las luces y ver el mensaje ya descodificado en la muestra de Luz Secreta En espacios públicos abarrotados, como pueden ser las estaciones de metro, las instalaciones deportivas cubiertas y los ascensores, es muy probable que un apagón de luz provoque el pánico. Ya existen revestimientos de aluminio para paredes que almacenan luz y emiten un resplandor suficiente para evitar tales situaciones extremas, por lo que pueden ofrecer una fuente de luz alternativa adecuada y rentable que complementa el sistema de iluminación instalado. Estas superficies se pueden recargar continuamente para que su luminosidad sea duradera. Se trata de barnices que soportan bien las tensiones mecánicas y poseen una elevada plasticidad, de manera que las láminas resultantes se pueden doblar o deformar. Las propiedades del material en cuanto a la resistencia a la abrasión y a la intemperie son excelentes. El aluminio fosforescente no es combustible y se ha certificado que cumple los requisitos de la clasificación A1 de la norma europea EN (no inflamable). El grosor de estos revestimientos puede ser de entre 0,2 y 2 mm.

6 5 Tienes la frescura suficiente? Misión: superar el reto térmico Plancha de policarbonato con aerogel La pared de los prodigios Cerca del 40 % del consumo mundial de energía se concentra en edificios. Potenciando las propiedades aislantes del revestimiento externo de los edificios y empleando fuentes de energía alternativas y sistemas de iluminación que ahorren energía, el sector europeo de la construcción trata de alcanzar la meta de una arquitectura de energía cero o incluso edificios que generen un excedente de energía. Se han propuesto numerosos conceptos para aprovechar mejor la luz diurna en la arquitectura moderna y un elemento indispensable es el empleo de aislantes térmicos transparentes. Las planchas de policarbonato con aerogel son una de las innovaciones propuestas en este sector. Posibilitan la construcción de fachadas y techos semitransparentes dotados de una elevada capacidad de aislamiento térmico, una gran resistencia al choque y un peso bajo. 1. Verter agua caliente en dos tazas 2. Cubrir una taza con la muestra de «La pared de los prodigios» y la otra con un plato o cuenco de vidrio (si es posible de un grosor similar al de la muestra) 3. Colocar cubitos de hielo sobre la muestra de material y sobre el plato o cuenco de vidrio 4. Observar lo que les ocurre a los cubitos de hielo en cada caso

7 Los aerogeles son uno de los productos más destacados de la nanotecnología por sus propiedades de aislamiento térmico. El 95 % del volumen de los aerogeles está hueco, por lo que poseen la densidad aparente más baja de todos los sólidos porosos conocidos, hecho que aparece registrado en el Libro Guinness de los Récords. Son translúcidos, cualidad por la que reciben el nombre coloquial de «humo helado». La estructura de esta espuma cerámica ofrece el mejor aislamiento térmico del mundo, puesto que prácticamente anula los tres métodos de transferencia de calor (convección, conducción y radiación). Inyectado en los espacios internos de las planchas de policarbonato, el aerogel de sílice transparente es muy adecuado para limitar las pérdidas de calor de los edificios, y en especial para reformar fachadas viejas de vidrio sin necesidad de cambiar la estructura subyacente, ya que se trata de un material ligero. Incorpora unos paneles externos de gran grosor, una protección ultravioleta optimizada y unos refuerzos translúcidos que mejoran el aspecto ya de por sí atractivo de los paneles. A diferencia del doble acristalamiento, las planchas de policarbonato rellenas de aerogel no pierden sus propiedades aislantes si se instalan como acristalamiento de techos, asegurando un valor Ug constante 1,0 W/m²K, lo cual es similar al valor Ug del acristalamiento triple si se instala en un techo. El Makrolon Ambient, del que se incluye una muestra en esta caja, supone una alternativa rentable al doble y triple acristalamiento.