‘Docencia de la ingeniería y ciencia de materiales’

DIA MUNDIAL DE LOS MATERIALES: 7 de noviembre de 2018

La importancia de los materiales en nuestra sociedad y desarrollo científico y cultural es mucho mayor de lo que pudiera parecer a primera vista. Nuestra evolución como especie está condicionada, en mayor o menor grado, por los materiales de los que hemos dispuesto en cada momento histórico.

Cualquier aspecto de nuestra vida, transporte, vivienda, vestimenta, comunicación, ocio, alimentación, salud… debe mucho a los materiales disponibles. Durante los últimos doscientos años unos dos centenares de miles de materiales, con características tan especiales, que han sido capaces de cambiar completamente la sociedad. Gracias a ellos aconteció la revolución industrial, y se pasó de un régimen feudal de semiesclavitud al nuevo orden de libertades, promovido por las revoluciones americana y francesa, y que dio lugar al sistema económico del capitalismo actual.

Gracias a los Materiales, nuestra Sociedad se ha hecho cada vez más compleja, tecnológica, segura y refinada. Nuestro modus vivendi actual no sería posible sin los nuevos metales, plásticos, vidrios, cerámicos, biomateriales, fibras materiales electrónicos, compuestos… que han surgido en los últimos cinco decenios.

El progreso de todas las tecnologías, que aumentan el bienestar de nuestra existencia y han permitido que la esperanza de vida en un siglo pase de los 35 años a más de ochenta, va asociado a la disponibilidad de los nuevos materiales diseñados, sintetizados y caracterizados por científicos y tecnólogos en un esfuerzo de transversalidad de conocimiento sin precedentes.

El avance en la comprensión de cada material es el precursor del progreso de una tecnología, y frecuentemente las ideas científicas y tecnológicas más rompedoras no se materializan hasta encontrar los Materiales adecuados. Algunos ejemplos son: la fabricación de motores de combustión interna gracias a los nuevos aceros, los aviones gracias al aluminio y los materiales compuestos, las modernas técnicas de diagnóstico médico y de aplicación de fármacos, los materiales semiconductores que permiten toda la electrónica…

Por todo esto, y mucho más, en 2003 se decidió declarar el primer miércoles de noviembre como el Día Mundial de los Materiales, y así poner de manifiesto la importancia de los Materiales en nuestra vida diaria y reconocer el esfuerzo colectivo en su desarrollo a lo largo de generaciones.

El próximo 7 de noviembre de 2018, de 10 a 14 h. en la Sala Verde de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puerto (UPM), la Sociedad Española de Materiales (Sociemat) organiza, en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid, toda una jornada de actos de celebración del Día Mundial de los Materiales que en España.

Más información e inscripciones en http://eventos.upm.es/go/SOCIEMAT2018
Retransmisión en directo a través de http://audiovisuales.upm.es/directo/

Jose Ygnacio Pastor
Catedrático de Universidad en Ciencia de Materiales
Universidad Politécnica de Madrid

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Fomento de la colaboración hispano-china en ciencia e ingeniería de materiales: NPU-UPM Workshop on Advanced Materials and Devices

El NPU-UPM Workshop on Advanced Materials and Devices ha tenido lugar en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Northwestern Polytechnical University (NPU) entre el 1 y el 8 de abril, 2018.

Este taller ha sido organizado por Northwestern Polytechnical University y la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), ambas muy reputadas instituciones en el ámbito de la ingeniería y tecnología. En el taller han participado 22 profesores y además también estudiantes de ambas universidades, habiéndose impartido 22 presentaciones con formato de lección magistral. Las presentaciones han versado sobre materiales híbridos, grafeno, resonadores electroacústicos, materiales fibrilares, nanomateriales, etc. El taller ha generado nuevas ideas sobre tecnologías biónicas, celdas solares, superaleacciones, baterías, etc. Este taller pretende fomentar la colaboración investigadora entre ambos países.

Read this information in English (NPU web site).

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Los materiales de las Olimpiadas

Por Patricia Muñoz, Ingeniera de Materiales e investigadora en CIEMAT

Con motivo de las Olimpiadas de Río de este verano, en esta entrada hemos querido hablar de la importancia que tienen los materiales, ya sea de los trajes de los deportistas o de los útiles que se utilizan en los mismos. La introducción de nuevos materiales en algunos deportes ayudó a batir records, cambió la forma de practicar dicho deporte y, lo más importante, mejoró la seguridad de los deportistas. Aunque son muchos los materiales utilizados dada la diversidad de los deportes, aquí presentamos algunos de los casos más controvertidos.

Trajes de baño de poliuretano que baten records

En 2010 la Federación Internacional de Natación (FINA) prohibió los trajes confeccionados con poliuretano y desde entonces no se pueden utilizar trajes enteros. Este material, empezó a usarse en 2008, en forma de placas, permitiendo que los nadadores que usaban bañador fabricado con ese material mejoraran sus marcas de un modo considerable (en 18 meses se rompieron más de 100 récords de natación), que hizo replantearse su uso. El Poliuretano, se basa en la combinación de dioles (HO-R-OH) y diisocianatos (NCO-R’-NCO). Los dioles proporcionan un carácter elástico, flexible y tenaz al material, que es menos denso que el agua. Esto hace que ofrezca mayor flotabilidad. Además los trajes se fabricaban con una estructura que presionaba al cuerpo en la posición central facilitando al nadador adquirir una posición más hidrodinámica.

Phelps ganó ocho medallas de oro en Beijing 2008 vistiendo el bañador con poliuretano.

Balón Jabulani: reaprender a jugar

Ingenieros de la Universidad de Loughborough, en Reino Unido, diseñaron el balón Adidas Jabulani, oficial en la Copa Mundial de la FIFA en Sudáfrica. El balón Jabulani se moldea a partir de paneles de etileno-acetato de vinilo y otros materiales como poliuretanos termoplásticos, otro grupo de plásticos flexibles. Los ocho paneles que lo forman están unidos térmicamente en lugar de ser cosidos. El resultado es la redondez muy cercana a la de una esfera perfecta. Pasó cuatro años de pruebas, como por ejemplo de lanzamiento en un túnel de viento para ver cómo la pelota respondía a inestabilidades aerodinámicas. Se investigó cómo la anchura de la ranura, la profundidad y la forma pueden afectar a las fuerzas aerodinámicas laterales. El diseño final introduce una nueva textura, marca registrada como “Grip ‘n’ Groove”, y un nuevo proceso de fabricación. Según los investigadores, es una pelota que viaja 5% más rápido que las anteriores. Sin embargo los jugadores expresaron la impredecibilidad del objeto en el aire, sus piques extraños al caer al suelo, demasiada ligereza y trayectorias irregulares. Finalmente, la marca Adidas desarrolló nuevos modelos.

Balón Adidas Jabulani.

Materiales en las raquetas de tenis

La evolución de los materiales en algunos deportes, ha hecho cambiar la forma de juego. Un buen ejemplo es el tenis. Al principio las raquetas se fabricaban de madera y eran menos manejables. Al ser el marco más pesado, el tamaño era menor, lo que hacía muy importante la técnica. Al ir variando los materiales hasta llegar a las de material compuesto (con refuerzo de fibra de carbono o incluso de titanio y otros refuerzos adicionales como partículas cerámicas) de hoy cuyo peso se ha visto reducido notablemente, la fuerza aplicada es mayor y el juego es más rápido y dinámico.
Resumiendo rápidamente, la evolución de los materiales: la madera se usaba en las primeras raquetas siendo la más común la de fresno. El principal problema era el peso y la poca durabilidad. Por ello se introduce el acero que le da más durabilidad y rigidez, pero sigue siendo muy pesada. En los años 1970 se introduce el aluminio, lo que hace que sean más ligeras. En la década de 1980 llegaron las raquetas de material compuesto, con refuerzo de fibra de carbono. Estas raquetas eran más ligeras y resistentes, pero caras para el público general. Mezclando la fibra de carbono con la de vidrio se logró disminuir el precio. A finales de la década de 1990 aparece con fuerza el empleo de titanio, muy resistente y ligero.

Raqueta de madera y moderna raqueta de titanio.

Accidentes que cambiaron los materiales en esgrima

Vladimir Smirnov, esgrimista que participó en las olimpiadas de Moscú en 1980 ganando tres medallas, murió trágicamente en los mundiales de Roma 1982 cuando la hoja del florete de su oponente se rompió, está rompió la máscara de Vladimir penetrando en su ojo hasta llegar al cerebro. Este trágico suceso y otros accidentes provocaron cambios en los requisitos de seguridad de este deporte. Principalmente afectaron a los materiales con los que se fabricaba el traje, que pasó a ser de kevlar o nylon, y a los de las espadas que dejaron de fabricarse de acero al carbono.
Para encontrar el material perfecto para estas hojas hay que tener en cuenta que están sometidas a esfuerzos de flexión e impacto altos que generan tensiones en su superficie durante el combate. El proceso de fabricación de una hoja de esgrima debe realizarse según normas FIE teniéndose que doblar 250º, en lugar de los 40º del periodo anterior, antes de romperse. La hoja deber ser remplazada después de cualquier pliegue en V aunque no esté rota.
El acero maraging es el utilizado hoy en día para estas hojas, su precio es muy elevado pero las prestaciones son superiores a las del acero al carbono. Es un tipo especial de acero con alto contenido de níquel. En su procesado se incluye un enfriamiento rápido (templado) que permite obtener una estructura dura conocida como martensita. La ductilidad y tenacidad de esta martensita es el resultado de su bajo contenido de carbono que es inferior a 0.03%. Este material es reforzado con componentes intermetálicos cono Ni3Ti y Ni3Mo que precipitan alrededor de 500ºC para causar el endurecimiento produciendo características únicas de dureza.

Esgrimista produciendo la flexión de la hoja de su espada. Imagen del VI Campus Internacional Esgrima, Almería 2013 (adaptado de www.blog.esgrimamurcia.com).

Materiales de las medallas olímpicas

Para terminar la entrada con la alegría que acompaña a los ganadores olímpicos, hablaremos del material de las medallas olímpicas. La medalla de oro, desde las olimpiadas de Estocolmo en 1912 ya no se fabrica en oro, sino de una aleación de oro, plata y cobre (1,34% de oro, 92,5% de plata y el resto de cobre). La medalla de plata, sí es fundamentalmente de plata (92,5% de plata y 7,5% de cobre u otro material mejor valorado como el bronce.) El bronce es una aleación metálica de cobre y estaño, en la que el estaño supone típicamente entorno al 12% del material. La medalla de bronce tiene un pequeño contenido de estaño, ya que se compone de un 97% de cobre, un 2,5% de zinc y un 0,5% de estaño.
Las de Río 2016 pesan en total unos 500 gramos, son las más pesadas de la historia olímpica y las más grandes, realizadas así para hacerlas más visibles.
Las medallas de oro tienen un precio aproximado de 500 euros, aunque su valor real es mucho mayor para el deportista o para coleccionistas que después las compran. Como curiosidad en estas olimpiadas de Río 2016, la cinta de la que cuelgan esta realizado de un plástico procedente de botellas de plástico.

Anverso y reverso de las medallas de los Juegos Olímpicos de Río 2016.

Enlaces

- Juegos Olímpicos de Río, www.rio2016.com.

- Proceso de fabricación de las medallas:  https://www.youtube.com/watch?v=8SDI_MqtmWQ.

- Bañadores de poliuretano: http://aislaconpoliuretano.com/el-poliuretano-en-nuestra-vida-los-banadores-de-poliuretano.htm

- Proceso de fabricación del balón Adidas Jabalani: https://www.youtube.com/watch?v=zbLjk4OTRdI&NR=1.

 

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Materiales para un ascensor espacial

Por Patricia Muñoz, Ingeniera de Materiales

Aún no disponemos de los materiales que permitan construir un ascensor espacial para conectar la superficie de la tierra con una órbita geoestacionaria.
Es una idea que investigadores de todo el mundo han tenido en mente desde hace tiempo, sin haber encontrado aún una solución práctica para llevarlo a cabo. En 1895, Konstantin Tsiolkovski, en su libro “Especulaciones sobre la Tierra y el cielo”, calculaba que en extremo de una torre cuya altura fuese unos 36000 km los cuerpos parecerían no tener peso, como ocurre con los astronautas en el interior de estaciones que orbitan la Tierra. La altura de 36000 km corresponde a la de las órbitas geoestacionarias, en las que se sitúan la mayoría de satélites. En 1960, el ingeniero ruso Yuri Artsutanov, en un artículo titulado “Al espacio en una locomotora eléctrica” explicaba que los astronautas usarían una nave de propulsión eléctrica que subiría en días al espacio, guiada por un cable como si fuera un raíl aunque reconocía que la resistencia a la tracción que debía tener el material utilizado para su construcción hacía imposible su realización práctica.

Artículo de 1960 de Yuri Artsutanov proponiendo ascensor espacial (1).

Esta idea es recurrente en ciencia ficción. Aparece por ejemplo en la franquicia de videojuegos “Halo” y en el libro “Los viajes de Tuf” del escritor de “Canción de hielo y fuego”, George R. R. Martin.

Un ascensor espacial tendría una masa contrapeso a una altura mayor de la órbita geoestacionaria, lo cual permitiría mantener de forma estable el cable, evitando que se enrollara sobre la Tierra debido al movimiento de rotación de nuestro planeta. Para mantener el equilibrio de la estructura, se situaría el anclaje en algún punto lo más cerca posible del ecuador, para minimizar los efectos de tensión por la diferencia entre la rotación de la Tierra y la órbita geosincrónica del ascensor. Una vez instalado el cable en su lugar, podrían subir y bajar por él naves y cargas a un coste relativamente más barato que el que supone actualmente el lanzamiento de una nave.

Esquema de un ascensor espacial.

Existe un informe publicado por la Academia Internacional de Astronáutica (IAA) en el que se expone que los ascensores harían más viable y segura la exploración espacial. Las cabinas ascenderían por el cable a una velocidad de unos 200 kilómetros por hora, por lo que serían necesarios unos siete días para recorrer la distancia total del ascensor. Menos tiempo y más barato que propulsar una nave hasta la ISS.

El problema infranqueable llegó al buscar un material que pudiera resistir la fuerza de tracción que aparecería en el cable. Se ha estimado que la tensión podría ser de unos 50 GPa, muy superior a la resistencia de los materiales estructurales actuales. Con el descubrimiento del grafeno y el desarrollo de los nanotubos de carbono se pensó que se podría haber encontrado el candidato perfecto. La resistencia de una malla de nanotubos de carbono, de un átomo de espesor, es de 100 GPa.

Formación de un defecto en un nanotubo de carbono sometido a tracción. (a) Situación inicial; (b) rotura de un enlace; (c) rotura de dos enlaces; (d) formación del defecto (5-7-7-5). Simulación usando dinámica molecular. (Para más detalles ver Bernholc, cap. 15 del libro Fiber Fracture, M. Elices y J. Llorca Eds.).

Nanotubos de carbono con defectos (2).

El problema al pensar en emplear estos materiales a base de carbono para construir un cable es que un pequeño defecto en la malla de átomos puede reducir las propiedades considerablemente (2). Este mismo año, se ha publicado en la revista ACS Nano un estudio de la Universidad Politécnica de Hong Kong donde han introducido defectos en una estructura de nanotubos de carbono y han observado ese detrimento en las propiedades (3).

De momento, podemos conformarnos con proyectos de empresas como Thoth Technology que ha patentado un modelo de ascensor que llegaría hasta 20 km sobre la superficie de la Tierra con una estructura parcialmente inflable (4).

Más información sobre ascensores espaciales en la ref. (1).

Referencias y enlaces:

2. Manuel Elices 2012, “Nanomateriales (3): la fibra ideal”, Blog materiales al día
3. Liyan Zhu, Jinlan Wang, and Feng Ding 2016, ”The Great Reduction of a Carbon Nanotube’s Mechanical Performance by a Few Topological Defects”, ACS Nano, 2016, 10 (6), pp 6410–6415.
4. Ver noticia en http://thothx.com/news-2/.
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The materials of the Moon

By G.R. Plaza (UPM)

(English version of the post “Los materiales de la Luna“)

The view of the Moon delights us in unclouded nights. We can see its non-homogeneous surface: the different reflexion properties of the brighter and darker regions have made us to imagine on it a face or other images. Besides, we are surprised by these differences and we wonder what the materiales that reflect the Sun light so differently are.

The first astronomers could imagine that the dark regions were seas of water. Moreover, it was easy to guess that the impressive craters had been produced by the impacts of large objects. Those craters and the cracks on the Moon surface, and also the dark seas, make the extremely beautiful visage. It can be observed in great detail by using, for instance, a photography camera equipped with a teleobjective (see figure 1). Along the history, the astronomers have identified and named the myriad of craters and the seas.

Figure 1. The Moon viewed from Madrid, two days before the full Moon (G.R. Plaza, August 2015).

The seas of the Moon don’t contain water and their darker color is due to their composition. The rocks originated from volcanoes that existed in the Moon a long time ago remain in the seas. By progressive cooling, the lunar volcanoes have lost their activity. Eruptions took place sometimes after the impacts of asteroids or meteoroids. The rocks of volcanic origin, which are basaltic, are darker than the rocks on the lunar crust which form the bright regions. On the lunar seas landed the first vehicle that succesfully got a soft landing (Luna 9, de la URSS, en 1966) and the first humans of the Apollo 11 mission (landing at Sea of Tranquility, 1969). The Apolo 11 mission brought more than 20 kg of lunar samples back to Earth. Those samples and the samples from subsequent expeditions have allowed us to establish the composition of the lunar dust and surface rocks: essentially silicon, aluminum, calcium, iron, magnesium titanium an sodium oxides. Distributed by the US government as gifts, lunar samples are kept in many North-American cities and in various countries.

The similar proportion of oxygen and tungsten isotopes in the lunar and terrestrial minerals, the density of the Moon (lower than the average density of the Earth but similar to the terrestrial mantle), and also the possible explanations for the origin of the Earth-Moon system, have convinced the astronomers that the Earth and the Moon were initially a single object. The most accepted theory is that the separation occurred after a great impact, during the first epoque of the Solar System. That impact produced a ring of debris orbiting around the nascent Earth. The calculations of this model  predict that the debris would have formed the Moon in a few years and, moreover, that most of the material in the new satellite would be initially molten, as a magma. All the lunar rocks are igneous, formed through the cooling of the magma, slowly or more rapidly at the seas.

The fragments of rocks and dust on the lunar surface are called regolith and derive from the rocks. They are the products of variuos rupture mechanisms, including:

  • Fractures produced by the impacts of meteoroids and asteroids. Once the Moon solidified, and since its materials are rocks that are fragile (they absorve low energy during the breaking process), the impacts produce myriads of cracks.
  • Tidal forces. The tidal forces would have contributed to mold the Moon during the solidifying process. The dissipation of energy during the deformation of the materials in the volume of the Moon by the tides would slow down the rotation of the Moon to the point of making it rotate with the same period of translation around the Earth, so that the visible face of the Moon is always the same.* Nowadays, the tides on the Moon produce cyclic loading of the rocks, because of the non-circular elliptic orbit of the Moon. Cyclic loading may produce the rupture of materials, by a process known as fatigue. Typically, the fatigue produces a cumulative damage by progressive microcracking. The ruptures of lunar rocks, at a certain depth, may produce seisms.
  • Stresses originated by the change of temperature between day and night: there is a superposition of temperature variation and stress variation. Typically it is known as thermal fatigue and the result is, again, the progressive damage and final rupture of the material.
  • Solar radiation, which may produce direct damage by breaking chemical bonds.

 

Impacts of asteroids and meteoroids and volcanoes have drawn the beautiful shapes on the lunar surface, stimulating our imagination. The Moon shows us its old wounds, which have remained unaltered during some billions of years. The Earth had similar wounds and now they are attenuated or cleaned by the displacements and deformation of the tectonic plates, eroded by atmospheric of hydrological agents and by the action of living beings.

 

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* Similarly, tides on the Earth dissipate energy by the friction of materials and the movement of water. Slowly, this dissipation of energy slows down the rotation of the Earth, which would reach a stable rotation period by keeping the same face in front of the Moon, if there were not other changes in the Solar System.

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Los materiales de la luna

Por G.R. Plaza (UPM)

En las noches de cielos despejados, no deja de maravillarnos la visión de la Luna, en la que a simple vista podemos observar una superficie no homogénea: las zonas que reflejan la luz del Sol de forma diferente ha hecho que a lo largo de la historia hayamos visto en ella una cara u otras figuras, y también que nos hayamos preguntado por los materiales que la forman y las razones de las diferencias de brillo.

Los primeros astrónomos pudieron imaginar que las zonas oscuras eran mares de agua. Además fue fácil deducir que los impresionantes cráteres que se observan en la superficie corresponden a impactos de grandes cuerpos. Dichos cráteres y las grietas en la superficie lunar, así como sus oscuros mares, forman una imagen de extremada belleza que se puede observar con gran detalle, por ejemplo, empleando una cámara fotográfica con un teleobjetivo (ver figura 1). A lo largo de la historia, los astrónomos han identificado y dado nombre a los diferentes cráteres y mares lunares.

Figura 1. La luna vista desde Madrid, dos días antes de la fase de luna llena (G.R. Plaza, agosto de 2015).

Los mares de la superficie lunar no son realmente mares de agua y su aspecto más oscuro es debido a la diferencia de composición. En estos mares han quedado las rocas formadas a partir de lava de volcanes que hubo en la luna, si bien, por enfriamiento progresivo, ya ha perdido la actividad volcánica. Las erupciones acontecieron a veces a partir de los cráteres de impactos de meteoroides o asteroides. Las rocas de origen volcánico, basálticas, son más oscuras que las de la corteza lunar que vemos como más brillantes. En los mares alunizaron el primer vehículo espacial que consiguió un alunizaje suave (Luna 9, de la URSS, en 1966) y los primeros humanos en el Apollo 11 (alunizaje en el Mar de la Tranquilidad, 1969). La misión del Apollo 11 incluso trajo a la Tierra algo más de 20 kg de muestras de la superficie lunar. Las muestras lunares de esta expedición y de las expediciones posteriores han permitido establecer la composición de los restos de rocas y polvo lunar: esencialmente óxidos de silicio, aluminio, calcio, hierro, magnesio, titanio y sodio. A partir de regalos del gobierno de EE.UU., actualmente se conservan muestras en numerosas ciudades norteamericanas y en muchos países. Pueden visitarse por ejemplo en el Museo Naval de Madrid, en el museo Universum de México o en el Museo Nacional de Historia Natural de Santiago de Chile.

La similitud en la proporción de isótopos de oxígeno y wolframio en los minerales lunares y terrestres, la densidad de la Luna (menor a la densidad media de la Tierra pero similar a la del manto terrestre), así como las posibles explicaciones a la formación del sistema Tierra-Luna, han hecho que los astrónomos estén convencidos de que inicialmente la Tierra y la Luna fueron un solo cuerpo, y la teoría con mayor aceptación es que la separación se produjo a partir de un gran impacto, durante la etapa de formación del Sistema Solar. El impacto dio lugar a un anillo de restos orbitando alrededor de la Tierra naciente. Los cálculos de este modelo predicen que los restos habrían formado la Luna en unos pocos años y, además, que la mayor parte del material del satélite estaría inicialmente fundido, formando un magma. Los astrónomos aún buscan nuevas pruebas experimentales de los detalles de esta teoría. Todas las rocas de la luna son ígneas, formadas a partir de la solidificación del magma, lentamente o a mayor rapidez en el caso de la lava en los mares.

Los fragmentos de rocas y polvo que se acumulan en la superficie lunar se denominan regolito y derivan de las rocas. Son productos de diversos mecanismos de rotura de las rocas, incluyendo los siguientes:

  • Roturas debido a impactos de meteoroides o asteroides. Una vez solidificada la Luna, y puesto que sus materiales son rocas que tienen una gran fragilidad (y por tanto absorben una baja energía al romperse), los impactos dan lugar a multitud de fracturas.
  • Fuerzas de marea. Las fuerzas de marea en la Luna habrían contribuido a moldear la luna durante el proceso de solidificación. Además la disipación de energía al deformar los materiales en el volumen de la Luna por efecto de las mareas habría ralentizado la rotación de la luna hasta hacerla rotar con el mismo periodo que el movimiento de traslación alrededor de la Tierra, de forma que desde la Tierra la cara visible de la Luna es siempre la misma.* Actualmente, las mareas en la Luna hacen que las fuerzas en las rocas varíen cíclicamente por no ser la órbita de la Luna circunferencial sino elíptica. En los materiales, incluso si las fuerzas cíclicas son bajas como para producir una rotura rápida, la repetición a lo largo del tiempo puede acabar dando lugar a una rotura. La variación cíclica de las tensiones en los materiales se conoce como fatiga. Típicamente la fatiga produce un daño acumulativo por formación de microfisuras en el material y puede dar lugar finalmente a su rotura, a pesar de que las mismas tensiones, si se hubieran mantenido constantes, no hubieran producido la rotura. La rotura de rocas en la Luna, a cierta profundidad, puede dar lugar a seismos.
  • Tensiones originadas por los cambios de temperatura entre día y noche: se superponen una variación de temperaturas y una variación de tensiones en el material. Frecuentemente se conoce como fatiga térmica y el resultado es, de nuevo, la acumulación progresiva de microfisuras que puede dar lugar a la rotura final del material.
  • Radiación solar, que puede producir directamente daño por la ruptura de enlaces químicos.

 

Impactos de asteroides y meteoroides y volcanes han dibujado las bellas formas de la superficie lunar, alentando nuestra imaginación. La luna nos permite estudiar en detalle sus antiguas heridas, que a grandes rasgos han permanecido inalteradas durante miles de millones de años, tras el periodo de formación de cráteres y de bombardeo por grandes asteroides. Las mismas antiguas heridas tuvo la Tierra y aparecen actualmente atenuadas o borradas por el desplazamiento y deformación de las placas tectónicas, por la erosión de los agentes atmosféricos e hidrológicos y por la acción de los seres vivos.

 

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* De la misma forma, las mareas en la Tierra disipan energía por la fricción de los materiales y el desplazamiento del agua en los océanos y poco a poco se ralentiza la rotación de la Tierra, que acabaría con la misma cara enfrentada a la Luna si hubiera tiempo antes de que se produzcan otros cambios en el Sistema Solar)

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Mesa redonda: “Entrepreneurship in Materials”, miércoles 18 de febrero de 2014

El servicio de creación de empresas de la Universidad Politécnica de Madrid, actúaupm , en colaboración con el Máster de Ingeniería de Materiales, organiza la jornada “Entrepreneurship in Materials”, que tendrá lugar el próximo miércoles 18 de febrero de 2015 a las 18:00 h.

Round table with top representatives of several companies of different sectors of Materials, including

Chairman: Arístides Senra, OTRI-UPM

Silvia Rodríguez , bq (ICT, 3D printers)

Miguel Holgado, BioD (biotechnology)

Rocío San Román, Micromag (security)

Ambiörn  Wennberg, Nano4Energy (energy)

ETSI Caminos (mapa), Sala de Seminarios. Wednesday, February 18, 2015, 16 h.

enlace: cartel (PDF)

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El desafío de los nuevos materiales

¿Hay modas en los nuevos materiales?

Responsables de ABENGOA, AIRBUS, CDTI y GRUPO ANTOLÍN debaten en este Punto de Encuentro de la Universidad Politécnica de Madrid (ver vídeo a continuación).

Imagen de previsualización de YouTube
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Microscopía de fuerza atómica en la ciencia de materiales: el congreso “Fuerza y Túnel 2014”, un congreso con acento español

Por R. Daza

La pasada semana tuvo lugar en San Sebastián una nueva edición del congreso internacional Fuerza y Túnel, donde investigadores de diferentes procedencias tuvieron la oportunidad de presentar los resultados más destacables de sus trabajos en el campo de la microscopía de efecto túnel y la microscopía de fuerza atómica, dos tipos de microscopios poco conocidos a pesar de ser el nuestro un país de gran tradición en este tipo de técnicas.

El funcionamiento del microscopio de efecto túnel se basa en la enorme dependencia mostrada por la corriente que circula de un material conductor (punta) a otro (muestra) con la distancia que los separa cuando ésta se mide en diezmilmillonésimas de metro. Durante la observación de un material, si se mantiene constante el valor de esta corriente (conocida como corriente túnel), cualquier característica topográfica de la muestra da lugar a que el microscopio desplace verticalmente la misma con respecto a la punta. Estos desplazamientos verticales permiten reconstruir la topografía de la muestra a analizar. Si bien esta técnica ha permitido obtener imágenes con resolución atómica de multitud de superficies, presenta una enorme limitación: sólo es válida para caracterizar materiales conductores. Cuando en 1982 Gerard Binnig y Heinrich Rohrer dieron a conocer a la sociedad científica la creación del primer microscopio de efecto túnel (1, 2), sabían que este presentaba el mencionado handicup. Sin embargo, Binnig no se resignó y de su empeño por ampliar las fronteras del campo de aplicación de la técnica que acababan de desarrollar, nació, pocos años después, el microscopio de fuerza atómica (3). En este caso, la caracterización topográfica de la muestra se basa en la existencia de una magnitud física dependiente de la interacción punta-muestra cuyo valor depende de la distancia entre ellas; para mantener constante el valor de dicha magnitud es preciso, de nuevo, realizar desplazamientos de aproximación y alejamiento vertical que se emplean en la reconstrucción topográfica.

Ambas técnicas son constantemente empleadas en la caracterización microestructural de los materiales así como en el estudio de los procesos físico-químicos que acontecen en sus superficies. Prueba de ello fueron los variados trabajos que se presentaron en el congreso de este año y que quedaron agrupados en cuatro disciplinas: análisis del comportamiento magnético de materiales en la nanoescala, estudio de los procesos de síntesis superficiales, grafeno y las aplicaciones del AFM en el ámbito biológico. Asimismo, hubo sesiones dedicadas a la presentación de nuevos desarrollos y técnicas relacionadas y al resultado de la combinación de los dos tipos de microscopía. Finalmente, tuvo lugar una sesión de homenaje al Profesor Arturo Baró quien trajo a España el primer microscopio de efecto túnel directamente desde los laboratorios de IBM en Zurich donde trabajó con Binnig y Rohrer. Desde su laboratorio en la Universidad Autónoma de Madrid, el profesor Baró ha trabajado en el desarrollo de ambas técnicas de microscopía adquiriendo rápidamente fama internacional. En la actualidad, en nuestro país son numerosos los grupos de investigación que emplean estas técnicas no solo para la caracterización mecánica o topográfica de materiales sino también para la nano-manipulación de los mismos.

 

Más información de este congreso en: http://dipc.ehu.es/ws_presentacion.php?id=95

1. BINNING, G., H. ROHRER, C. GERBER and E. WEIBEL 1982. Surface studies by scanning tunneling microscopy. Phys. Rev. Lett. 49, 57-61.

2. Binnig, G. and H. Rohrer 1983. Scanning tunneling microscopy. Surf. Sci. 126, 236-244.

3. Binnig, G., C.F. Quate and C. Gerber 1986. Atomic force microscope. Phys. Rev. Lett. 56, 930-933.

 

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Vídeos de Materials week 2013

En el mes de abril de este año se celebró la semana de actividades “Materials week 2013” en las instalaciones de la Escuela de Caminos, Canales y Puertos de la UPM y actualmente ya están disponibles los vídeos que pueden consultarse en la web del evento:

http://www.campusmoncloa.es/es/eventos/materialsweek/

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