Siguiendo el título del libro de Chalmers "¿Qué es esa cosa llamada Ciencia?
Este blog está pensado para que los curiosos de la ciencia, en particular los niños, planteen preguntas, sugieran temas.
Está también pensado para los maestros porque quiere ser el punto de partida para posibles visitas de científicos a los colegios para tratar algunos de los temas que se vayan volcando aquí.
domingo, 22 de abril de 2007
Vuestros resúmenes
En la página web del curso hay una sección donde iré colgando los resúmenes enviados que sean un poco más largos. Desde el blog haré una entrada directa.
El estudio de nanohilos se ha multiplicado desde el año 2000, sobre todo en el desarrollo de aplicaciones en nanotecnología.
Se trata de dispositivos de pequeña dimensión con forma alargada (nanotubos, nanobelts, nanorods, nanoagujas…) que presentan una alta relación superficie-volumen. Además, tienen propiedades específicas de los nanomateriales (especialmente ópticas y electrónicas) y efectos de confinamiento cuántico (la modificación del tamaño de una estructura puede modificar también sus propiedades de emisión de luz al liberar un fotón. El tamaño del nanocristal que presente efecto de confinamiento depende del material).
Dos puntos importantes en el estudio de estructuras alargadas son: por un lado, los nanotubos de carbón (láminas de grafito enrolladas con una o muchas paredes con propiedades electrónicas interesantes al igual que mecánicas.) y por otro lado, el silicio poroso (material más importante en electrónica). Inicialmente el silicio no era bueno en óptica porque apenas emitía fotones visibles, pero tras una serie de tratamientos se ha visto que sí que puede emitirlos. Aún así, presenta dificultades para construir ciertos dispositivos como diodos etc.
Por esto y otros motivos, mediante la técnica del Sinterizado a partir de diferentes temperaturas (las técnicas térmicas no son ni complicadas ni caras) y otras técnicas, se han formado distintos compuestos y materiales como pueden ser los óxidos semiconconductores: sensores de gas (SnO2), conductores trasparentes, optoelectrónica (ZnO)…
Así por ejemplo, la utilización del ZnO se puede emplar como autogenerador para aplicaciones médicas (marcapasos que no necesiten batería sino que generen su propia energía).De igual manera, nanohilos de este mismo compuesto pero crecidos sobre zafiro se pueden usar para la creación de fármacos.
Lo bueno sería tener un nanohilo rodeado de estructuras más sencillas y obtrener así materiales más complejos. Por eso se están desarrollando muchas técnicas para la fabricación de nanohilos que tengan diferentes aplicaciones.
Se consideran por lo tanto a estos nanohilos elementos básicos de futuros dispositivos complejos.
Se trata de materiales con propiedades magnéticas y tamaño nanométrico. Un campo magnético existe cuando hay fuerzas de repulsión o atracción entre imanes, y su unidad de medida es el Tesla.
Interacción de Change: interacción que tiene lugar entre los electrones de los átomos. Trata de obligar a todos los momentos a que estén paralelos al campo aplicado. Aquellos materiales que lo cumplan serán Ferromagnéticos mientras que si no hay interacción de Change serán Paramagnéticos. Si se disponen de forma antiparalela serán Antiferromagnéticos. La temperatura de Curie es aquella por encima de la cual un material pasa de ferromagnético a paramagnético.
La anisotropía determina para qué es bueno y para qué no lo es cierto material magnético. Podrán ser materiales blandos (destacan las aleaciones amorfas), semiduros y duros (ferritas). Si calentamos una aleación amorfa (átomos desordenados) se produce una cristalización de la aleación pudiendo obtener un estado nanocristalino con un campo más pequeño que en la situación amorfa. También se puede pasar de un material extremadamente blando a otro extremadamente duro cambiando el material.
En función de la concentración de cobalto en la matriz, se pueden obtener fenómenos magnéticos diferentes: de menor a mayor concentración; superparamagnetismo, Efecto Hall gigante y Magnetismo de Volumen (por ejemplo).
La grabación magnética es el medio de grabación utilizado para guardar la información magnética (1bit). Lo que se pretende es reducir su tamaño a nanoescala y optimizar la lectura/escritura de las cabezas magnéticas (serán inductivas si sirven tanto para leer como escribir y magnetoresistivas si sólo sirven para leer). El problema es que al reducir el tamaño conseguimos un grano con propiedades superparamagnéticas lo que permite su rotación en cualquier dirección debido a la temperatura. Una forma de evitarlo es aumentar la anisotropía para poder reducir el tamaño sin llegar a este régimen.
Los materiales magnéticos tienen mucha utilidad, desde transformadores hasta coches. Algunas de las tendencias actuales son: - Fabricación y procesado de materiales con dimensiones nanométricas - Técnicas avanzadas de caracterización - Nuevos efectos asociados a la dimensión nanométrica - Nuevos materiales - Magnetismo molecular - Nanotecnología
En lo que más se está investigando es en la técnica de grabación mecánica.
Una muestra isotrópica no desplaza la luz mientras que una muestra birrefringente presenta anisotropía y por lo tanto despolariza la luz pudiendo atravesar un polarizador.
Dependiendo de si el cambio de una fase a otra se produce atendiendo a la temperatura o a la concentración; serán cristales termotrópicos o liotrópicos respectivamente. Los cristales líquidos o mesomases son termotrópicos, además presentan forma de barilla o de disco y momento bipolar (no es una característica necesaria, pero sí favorable).
Dependiendo de la orientación, serán cristales perfectos (valor igual a 1), isotrópicos (valor igual a cero) o cristales líquidos (0.3-0.5). De igual forma, existen diferentes tipos de ordenamiento:
- Nemético (desorganizado) - Esméctico A (vector director perpendicular a las capas) - Esméctico C (vector director con ángulo característico) - Colestérico (varía de un plano a otro. Describe una hélice y es sensible a la temperatura y calor) - Discótico (nemático o columnar)
Algunos compuestos como el p-Azoxianisol pasan por estado sólido, Nemático y líquido mientras que otros lo hacen por todos los estados. La fase Esméctico está más cerca del sólido que la Nemético y esta última siempre aparece.
Los cristales liotrópicos se llaman Surfactantes o Tensioactivos y presenta una parte hodrofóbica y otra hidrofílica. Un exceso en la concentración superficial supone una disminución de la tensión superficial y por lo tanto la formación de agregados esféricos llamados Micelas (interior apolar y exterior polar puediéndose organizarse en diferentes estructuras). Éstas permiten solubilizar en su interior sustancias hidrofóbicas como fármacos, cosméticos, detergente…No se trata de cristales líquidos, pero son el primer grado de organización a partir del cual se formarán estos cristales.
Los polímeros de cristales líquidos presentan una zona mesógena (varilla) y un espaciador (grupo flexible) de forma alternada. Resulta muy complicado mezclaros, aunque sería genial para el reciclado. Al calentarlos, se separarán en fases ordenadas y las mesofases dependerán del tamaño de las láminas y de los bloques.
Uno de los avances importantes, es la utilización de copolímeros en bloque como plantillas (nanoporos, nanohilos o puntos cuánticos). Por otro lado se encuentran las nanocápsulas; permiten que las membranas sean más resistentes ya que presentan enlaces covalentes a diferencia de las uniones hidrofobicas, electrostáticas o Van der Walls que presentan las vesículas.
MATERIALES COMPUESTOS (Jose Mª Gómez de Salazar. UCM) (19/04/07)
Materiales compuestos por dos o más elementos y que tienen aplicaciones concretas en mecánica. Así por ejemplo el acero está hecho a partir del hierro y la cerámica.
Composite; es un material polifásico hecho artificialmente y donde las fases constituyentes deben ser físicamente diferentes y separables mecánicamente obteniendo propiedades superiores. Se componen de una matriz continua (metálica, polimérica o cerámica) y una fase dispersa. El refuerzo puede hacerse con partículas, fibras o estructurales. Las fibras pueden ser vidrio (básicamente silicatos), de carbono, orgánicas, carburo de silicio, alúmina y aluminosilicatos…El carbono es la base de los compuestos orgánicos, pero no se considera una fibra orgánica porque son poliamidas aromáticas.
Hay que conseguir que la matriz y lo que se introduzca en su interior sean compatibles. Los materiales compuestos tienen dos partes; matriz y fibra. Existen unas fracciones volumétricas para hallar unos valores que determinarán las propiedades mecánicas. También habrá una fracción de peso.
Cuando el reforzamiento es 3D, es importante buscar la rigidificación para reforzarlo en todas direcciones de igual manera. Las propiedades de la fibra a utilizar deberán ser las mismas independientemente de que la fuerza ejercida sea a favor o en contra. Dependiendo de la aplicación del compuesto, será bueno o no que las fibras sean largas, así mismo, tanto la flexibilidad como la compresión son muy importantes. El “pandeo” es favorable para que un material no se rompa (mínimo de flexibilidad; por ejemplo la fibra de carbono). Otra característica importante es la disposición o empaquetamiento de las fibras.
Dentro de las matrices poliméricas, existen diferentes tipos: termoestables (epoxy, poliéster, viniléster; valores de resistencia de mejor a peor), termoplástico (no presentan enlaces intermoleculares. Se refuerzan principalmente con fibra de vidrio, pueden ser amorfos o cristalinos y se usan para propiedades estructurales bajas) y matrices inorgánicas (metálicas o cerámicas).
La fase secundaria (refuerzo) debe tener una interfase muy buena (tercer componente) con la fase primera (matriz). El fallo podrá producirse por uno o más mecanismos básicos.
En cuanto a las posibles grietas que sufra la matriz; si ésta atraviesa la fibra, se dice que presenta un comportamiento frágil (cohesivo). Por el contrario, si la grieta no atraviesa la fibra sino que recorre la interfase, se dice que su comportamiento es cuasitenaz (adhesivo).
4 comentarios:
NANOHILOS SEMICONDUCTORES
(Javier Piqueras. UCM) (16/04/07)
El estudio de nanohilos se ha multiplicado desde el año 2000, sobre todo en el desarrollo de aplicaciones en nanotecnología.
Se trata de dispositivos de pequeña dimensión con forma alargada (nanotubos, nanobelts, nanorods, nanoagujas…) que presentan una alta relación superficie-volumen. Además, tienen propiedades específicas de los nanomateriales (especialmente ópticas y electrónicas) y efectos de confinamiento cuántico (la modificación del tamaño de una estructura puede modificar también sus propiedades de emisión de luz al liberar un fotón. El tamaño del nanocristal que presente efecto de confinamiento depende del material).
Dos puntos importantes en el estudio de estructuras alargadas son: por un lado, los nanotubos de carbón (láminas de grafito enrolladas con una o muchas paredes con propiedades electrónicas interesantes al igual que mecánicas.) y por otro lado, el silicio poroso (material más importante en electrónica). Inicialmente el silicio no era bueno en óptica porque apenas emitía fotones visibles, pero tras una serie de tratamientos se ha visto que sí que puede emitirlos. Aún así, presenta dificultades para construir ciertos dispositivos como diodos etc.
Por esto y otros motivos, mediante la técnica del Sinterizado a partir de diferentes temperaturas (las técnicas térmicas no son ni complicadas ni caras) y otras técnicas, se han formado distintos compuestos y materiales como pueden ser los óxidos semiconconductores: sensores de gas (SnO2), conductores trasparentes, optoelectrónica (ZnO)…
Así por ejemplo, la utilización del ZnO se puede emplar como autogenerador para aplicaciones médicas (marcapasos que no necesiten batería sino que generen su propia energía).De igual manera, nanohilos de este mismo compuesto pero crecidos sobre zafiro se pueden usar para la creación de fármacos.
Lo bueno sería tener un nanohilo rodeado de estructuras más sencillas y obtrener así materiales más complejos. Por eso se están desarrollando muchas técnicas para la fabricación de nanohilos que tengan diferentes aplicaciones.
Se consideran por lo tanto a estos nanohilos elementos básicos de futuros dispositivos complejos.
NANOMATERIALES MAGNÉTICOS
(Manuel Vázquez. ICMM-CSIC) (17/04/07)
Se trata de materiales con propiedades magnéticas y tamaño nanométrico. Un campo magnético existe cuando hay fuerzas de repulsión o atracción entre imanes, y su unidad de medida es el Tesla.
Interacción de Change: interacción que tiene lugar entre los electrones de los átomos. Trata de obligar a todos los momentos a que estén paralelos al campo aplicado. Aquellos materiales que lo cumplan serán Ferromagnéticos mientras que si no hay interacción de Change serán Paramagnéticos. Si se disponen de forma antiparalela serán Antiferromagnéticos. La temperatura de Curie es aquella por encima de la cual un material pasa de ferromagnético a paramagnético.
La anisotropía determina para qué es bueno y para qué no lo es cierto material magnético. Podrán ser materiales blandos (destacan las aleaciones amorfas), semiduros y duros (ferritas). Si calentamos una aleación amorfa (átomos desordenados) se produce una cristalización de la aleación pudiendo obtener un estado nanocristalino con un campo más pequeño que en la situación amorfa. También se puede pasar de un material extremadamente blando a otro extremadamente duro cambiando el material.
En función de la concentración de cobalto en la matriz, se pueden obtener fenómenos magnéticos diferentes: de menor a mayor concentración; superparamagnetismo, Efecto Hall gigante y Magnetismo de Volumen (por ejemplo).
La grabación magnética es el medio de grabación utilizado para guardar la información magnética (1bit). Lo que se pretende es reducir su tamaño a nanoescala y optimizar la lectura/escritura de las cabezas magnéticas (serán inductivas si sirven tanto para leer como escribir y magnetoresistivas si sólo sirven para leer). El problema es que al reducir el tamaño conseguimos un grano con propiedades superparamagnéticas lo que permite su rotación en cualquier dirección debido a la temperatura. Una forma de evitarlo es aumentar la anisotropía para poder reducir el tamaño sin llegar a este régimen.
Los materiales magnéticos tienen mucha utilidad, desde transformadores hasta coches. Algunas de las tendencias actuales son:
- Fabricación y procesado de materiales con dimensiones nanométricas
- Técnicas avanzadas de caracterización
- Nuevos efectos asociados a la dimensión nanométrica
- Nuevos materiales
- Magnetismo molecular
- Nanotecnología
En lo que más se está investigando es en la técnica de grabación mecánica.
CRISTALES LÍQUIDOS
(Carmen Sánchez Renamayor. UNED) (18/04/07)
Una muestra isotrópica no desplaza la luz mientras que una muestra birrefringente presenta anisotropía y por lo tanto despolariza la luz pudiendo atravesar un polarizador.
Dependiendo de si el cambio de una fase a otra se produce atendiendo a la temperatura o a la concentración; serán cristales termotrópicos o liotrópicos respectivamente. Los cristales líquidos o mesomases son termotrópicos, además presentan forma de barilla o de disco y momento bipolar (no es una característica necesaria, pero sí favorable).
Dependiendo de la orientación, serán cristales perfectos (valor igual a 1), isotrópicos (valor igual a cero) o cristales líquidos (0.3-0.5). De igual forma, existen diferentes tipos de ordenamiento:
- Nemético (desorganizado)
- Esméctico A (vector director perpendicular a las capas)
- Esméctico C (vector director con ángulo característico)
- Colestérico (varía de un plano a otro. Describe una hélice y es sensible a la temperatura y calor)
- Discótico (nemático o columnar)
Algunos compuestos como el p-Azoxianisol pasan por estado sólido, Nemático y líquido mientras que otros lo hacen por todos los estados. La fase Esméctico está más cerca del sólido que la Nemético y esta última siempre aparece.
Los cristales liotrópicos se llaman Surfactantes o Tensioactivos y presenta una parte hodrofóbica y otra hidrofílica. Un exceso en la concentración superficial supone una disminución de la tensión superficial y por lo tanto la formación de agregados esféricos llamados Micelas (interior apolar y exterior polar puediéndose organizarse en diferentes estructuras). Éstas permiten solubilizar en su interior sustancias hidrofóbicas como fármacos, cosméticos, detergente…No se trata de cristales líquidos, pero son el primer grado de organización a partir del cual se formarán estos cristales.
Los polímeros de cristales líquidos presentan una zona mesógena (varilla) y un espaciador (grupo flexible) de forma alternada. Resulta muy complicado mezclaros, aunque sería genial para el reciclado. Al calentarlos, se separarán en fases ordenadas y las mesofases dependerán del tamaño de las láminas y de los bloques.
Uno de los avances importantes, es la utilización de copolímeros en bloque como plantillas (nanoporos, nanohilos o puntos cuánticos). Por otro lado se encuentran las nanocápsulas; permiten que las membranas sean más resistentes ya que presentan enlaces covalentes a diferencia de las uniones hidrofobicas, electrostáticas o Van der Walls que presentan las vesículas.
MATERIALES COMPUESTOS
(Jose Mª Gómez de Salazar. UCM) (19/04/07)
Materiales compuestos por dos o más elementos y que tienen aplicaciones concretas en mecánica. Así por ejemplo el acero está hecho a partir del hierro y la cerámica.
Composite; es un material polifásico hecho artificialmente y donde las fases constituyentes deben ser físicamente diferentes y separables mecánicamente obteniendo propiedades superiores. Se componen de una matriz continua (metálica, polimérica o cerámica) y una fase dispersa. El refuerzo puede hacerse con partículas, fibras o estructurales. Las fibras pueden ser vidrio (básicamente silicatos), de carbono, orgánicas, carburo de silicio, alúmina y aluminosilicatos…El carbono es la base de los compuestos orgánicos, pero no se considera una fibra orgánica porque son poliamidas aromáticas.
Hay que conseguir que la matriz y lo que se introduzca en su interior sean compatibles. Los materiales compuestos tienen dos partes; matriz y fibra. Existen unas fracciones volumétricas para hallar unos valores que determinarán las propiedades mecánicas. También habrá una fracción de peso.
Cuando el reforzamiento es 3D, es importante buscar la rigidificación para reforzarlo en todas direcciones de igual manera. Las propiedades de la fibra a utilizar deberán ser las mismas independientemente de que la fuerza ejercida sea a favor o en contra. Dependiendo de la aplicación del compuesto, será bueno o no que las fibras sean largas, así mismo, tanto la flexibilidad como la compresión son muy importantes. El “pandeo” es favorable para que un material no se rompa (mínimo de flexibilidad; por ejemplo la fibra de carbono). Otra característica importante es la disposición o empaquetamiento de las fibras.
Dentro de las matrices poliméricas, existen diferentes tipos: termoestables (epoxy, poliéster, viniléster; valores de resistencia de mejor a peor), termoplástico (no presentan enlaces intermoleculares. Se refuerzan principalmente con fibra de vidrio, pueden ser amorfos o cristalinos y se usan para propiedades estructurales bajas) y matrices inorgánicas (metálicas o cerámicas).
La fase secundaria (refuerzo) debe tener una interfase muy buena (tercer componente) con la fase primera (matriz). El fallo podrá producirse por uno o más mecanismos básicos.
En cuanto a las posibles grietas que sufra la matriz; si ésta atraviesa la fibra, se dice que presenta un comportamiento frágil (cohesivo). Por el contrario, si la grieta no atraviesa la fibra sino que recorre la interfase, se dice que su comportamiento es cuasitenaz (adhesivo).
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