LOS MATERIALES Y SUSU PROPIEDADES.

Los materiales y sus propiedades

por Chris Woodford . Última actualización: 1 Febrero de 2017.

Why do reglas de plástico añicos cuando se flexiona, mientras que los de metal simplemente se doblan? ¿Cómo es que puede retorcer un clip dos o tres veces sin que se rompa, pero no veinte o treinta veces? ¿Por qué algunos coches van oxidada más rápido que los demás? ¿Cómo los astronautas sobrevivir en el espacio sin ser hervida por el Sol ... o congelado por la falta de ella?

Estos son los tipos de preguntas que giran alrededor de las mentes de los científicos de materiales -arguably algunas de las personas más importantes de la Tierra. ¿Por qué son importantes? Porque desde el momento en que se levanta (despertado por un reloj de alarma en torno a un pequeño cristal de cerámica de cuarzo ) a la hora de irse a la cama (durmiendo profundamente en sábanas de algodón o de fibra sintética), cada cosa que realiza incluye materiales de uno u otro tipo. Podríamos sobrevivir sin materiales? ¡No! Cuando se recuerda que los materiales proporcionan todo, desde la ropa que usamos y los alimentos que comemos a la energía que utilizamos para cocinar y mantener caliente, es obvio que la vida humana civilizada es imposible sin ellos.

Foto: material milagroso? Fijas bien en esta imagen y verá un cuadrado azul fantasmal sentado justo debajo de los lápices de cera: es un pequeño trozo de aerogel, más ligero sólido del mundo. El aerogel es una increíble aislante térmico , y aquí está protegiendo a los lápices de colores por el calor ardiente de la llama. Aunque hace décadas descubiertos, aerogel ha demostrado ser muy difíciles de fabricar como un material práctico, por lo que la mayoría de la gente nunca ha oído hablar de él y que está por hacer una gran impresión en el mundo. Foto por cortesía de la NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) .

Es que "la ciencia de materiales" o "tecnología de materiales"?

Antes de ir más lejos, que va a ayudar a tener claro lo que entendemos por "ciencia de los materiales."

La ciencia se trata de hacer observaciones y haciendo experimentos para formar y probar teorías de cómo funciona nuestro mundo; La tecnología consiste en utilizar la ciencia de una manera práctica para resolver problemas cotidianos. Los materiales están tecnológica casi por definición: ¿quién necesita materiales que no tienen ningún uso obvio? Sin embargo, casi no hay tal cosa como un "material inútil" -e incluso algunos de los materiales más extraños inventados en los laboratorios, que parecían bastante inútil para empezar, han resultado ser a menudo tienen sorprendentes aplicaciones más adelante. (Ultra potentes Corning® Gorilla® Glass, utilizado en pantallas táctiles , cada vez más pegajosa adhesiva que recubre la parte posterior de notas Post-it®, y antiadherente Teflon® son tres buenos ejemplos de materiales que se encuentran utiliza nadie imaginó que tiene.)

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Foto: diferencia Material: El vidrio ordinario es demasiado débil y frágil para utilizar en un teléfono, mientras que el vidrio templado es demasiado grueso y pesado. ¿Y si pudiéramos hacer que la luz pero el vidrio resistente que era lo suficientemente fuerte como para sobrevivir a golpes y rasguños? Esa es la idea básica detrás del cristal Gorilla utilizado en pantallas táctiles. Originalmente llamado Chemcor, y desarrollado por Corning en 1962 como un vidrio de seguridad plano para parabrisas, no logró alcanzar el éxito comercial hasta los teléfonos móviles con pantallas táctiles comenzaron a usarlo más de 40 años después. Lo que antes era algo de un material sin fondos se ha convertido en uno de los productos más lucrativos de Corning!

Entonces, ¿qué es lo que entendemos por ciencia de los materiales? De piedra y bronce de acero y hormigón , materiales son útiles para un propósito en particular porque se comportan de una determinada manera en determinadas condiciones: tienen cualidades particulares, lo que llamamos sus propiedades . La comprensión de estas propiedades es lo que la ciencia tiene que ver con los materiales. Donde nuestra época moderna se diferencia de períodos anteriores de la historia está en tener herramientas que nos permiten volvemos materiales de adentro hacia afuera: a diferencia de las personas que vivían cientos o miles de años atrás, podemos explicar las propiedades útiles de diferentes materiales por asomándose con microscopios , los rayos X , y todo tipo de otras técnicas ordenadas para inspeccionar su atómica o (en el caso de las cosas que vivieron) estructura, molecular, celular. Al igual que la ciencia proporciona las bases de la tecnología, por lo que la ciencia de materiales (la comprensión de la estructura interna de los materiales) nos ayuda a avanzar la tecnología de materiales (materiales que son útiles en diferentes situaciones de desarrollo).

¿Por qué utilizamos un material en lugar de otro?

Mire alrededor de la habitación donde se encuentra ahora y rápidamente enumera los materiales que se pueden ver. ¿Que notaste? Usted probablemente puede ver metales , maderas de diversos tipos, vidrio ventanas y coloridos plásticos , así como muebles de alfombras, cojines, y (por supuesto) la ropa que llevas. Es posible que no detectar algunos de los materiales más sutiles, tales como materiales compuestos (en general, materiales cerámicos o plásticos combinados con otros materiales), laminados (materiales compuestos a base de hojas planas unidas entre sí), y aleaciones (metales mezclados con otros metales y no metales).

El material adecuado

¿Qué notas acerca de los materiales que le rodean? Por todo lo que tenemos que hacer, hemos encontrado materiales que se adaptan muy bien a la tarea (ya menudo muy mal adaptado a otros puestos de trabajo). Así, en edificios , elegimos los materiales que son difíciles, fuerte, durable, resistente al agua, y bueno en la retención de calor; cuando se trata de muebles, preferimos bastante diferentes materiales que son blandos, flexibles, de colores, y razonablemente resistente.A pesar de que algunos materiales tienen muchos usos, y es a menudo posible intercambiar un material por otro, es difícil imaginar una casa construida de lana o ropa hecha de cristal!

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Los materiales de construcción como el acero (barras grises), hormigón (suelo blanco), y: Foto de ladrillo (bloques de color rojo-marrón) que se ve aquí están diseñados para ayudar a las fuerzas de desequilibrio edificio, sino que también tienen que soportar el clima, por lo general a través de una período de varias décadas o incluso más tiempo, con el menor mantenimiento posible.

Dejando a un lado los textiles, qué tipo de propiedades es lo que buscamos en los materiales de uso cotidiano? Piense acerca de los materiales que utilizamos en edificios y estructuras. Vidrio, hierro, madera y plásticos en general son sólidos, pero en los edificios que realizan diferentes funciones y se comportan de manera muy diferente. La consideración más importante es la forma de un material responde a fuerzas, conocidas como sus propiedades mecánicas . Los materiales de construcción deben soportar diferentes tipos de fuerzas que los oprimen (puesta en compresión ), estirarlos (puesta en tensión ), ni las doble ( esquila ellos). La mayoría de los edificios tienen que hacer poco más que resistir la gravedad; algunos tienen que ser diseñados para hacer frente a las fuerzas más extremas, tales como terremotos y huracanes. Las propiedades mecánicas son parte de las propiedades físicas de un material. Otras propiedades físicas incluyen si los materiales conducen el calor y la electricidad , ya que dejan pasar la luz a través de ellos, y la forma en que la edad o el tiempo (lo hacen se oxidan como el hierro, se pudren, como la madera, o se degradan en la luz del sol como ciertos plásticos?).

El mejor compromiso

Las propiedades mecánicas son también importantes en los materiales que utilizamos para el transporte: aviones , cohetes espaciales , camiones y coches tienen que ser fabricado con materiales resistentes tanto para resistir las fuerzas que experimentan durante la aceleración y desaceleración y para proteger a los ocupantes en caso de accidente. Pero los materiales de transporte ilustrar otro principio fundamental de la forma en que elegimos y usar materiales: casi siempre tenemos que comprometer . Se podría hacer un avión fuera del acero súper fuerte, pero entonces podría ser demasiado pesado para despegar, o puede utilizar demasiado combustible para ser económico. Es por eso que los diseñadores aeroespaciales son tan propensos a utilizar aleaciones fuertes pero ligeros hechos de aluminio o de titanio , así como materiales compuestos. Aunque los coches tradicionalmente se han hecho a partir de metales, algunos están hechos de materiales compuestos tales como fibra de vidrio, que ofrecen un compromiso entre resistencia, peso y costo, y de aleaciones de aluminio y titanio más ligeros.

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