Materiales al día – Novedades en Ingeniería de Materiales

Dada la importancia que tiene evaluar la permeación de los materiales candidatos para los mantos regeneradores de tritio, en condiciones cercanas a las del reactor de fusión, fue necesario la construcción de una instalación que fuese capaz de realizarlo.  En este sentido el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT diseñó una instalación para ello.

Esta instalación  consta principalmente de un sistema de permeación unido al acelerador de electrones. Está compuesto por diferentes partes:

-   La cámara de permeación. Tiene dos cavidades: la celda de gas donde se introduce el deuterio a presión controlada y la celda de vacío frente a la línea del haz del acelerador.

-   El horno interno. Consiste en un horno con un resorte dentro de la celda ubicado directamente sobre la superficie de la muestra durante el ensayo de permeación. La temperatura de la muestra se mide con un termopar soldado en la cara posterior de la muestra. Se fue modificando hasta que fue capaz de medir permeación hasta 500ºC.

 Montaje de la cámara de permeación

Este sistema está acoplado al acelerador de electrones. El sistema de vacío está formado por diferentes bombas. Además, hay una camisa de vacío que rodea las dos cavidades de la cámara de permeación y la muestra.

  Sistema de permeación acoplado al acelerador

El sistema fue probado con diferentes muestras cuya permeación fuese conocida y publicada en la literatura para después ser probado durante irradiación con muestras de materiales candidatos  para los mantos regeneradores de tritio. La instalación permite estudiar la permeación de deuterio o hidrógeno para diferentes materiales, durante irradiación de electrones en un amplio rango de temperaturas y a diferentes presiones de gas.

Toda la descripción del sistema RIPER, su puesta en marcha y acondicionamiento ha sido la publicación de un artículo en Fusion engineering and design:

• P. Muñoz, M. Malo, A. Moroño, I. García-Cortés and S. Cabrera. RIPER: An irradiation facility to test Radiation Induced Permeation and Release of deuterium for fusion blanket materials. Fusion engineering and design. Fusion Engineering and Design 145 (2019) 66–71.

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.05.004

Para apuntarse a esta actividad, pueden apuntarse a través de la página de eventos de la UPM:

https://eventos.upm.es/48441/attendees/xviii-dia-mundial-de-los-materiales-2020-sociemat-upm.html

Además se podrá seguir en directo a través del enlace: http://audiovisuales.upm.es/directo/

UPMujer: fomentando las vocaciones STEM entre nuestras jóvenes.

La Universidad Politécnica de Madrid, coincidiendo con la celebración del Día Internacional de las Mujeres 2020, lanza su canal UPMujer en YouTube, el cual canal es una parte más de su indubitable compromiso con la igualdad de género y los Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 de la ONU.

Este canal ha sido desarrollado por el Catedrático de Ciencia de Materiales D. Jose Ygnacio Pastor (ETSI de Caminos), en colaboración con el GATE. En él se recogen motivadores testimonios de radiantes emprendedoras de la Ciencia, la Ingeniería y la Tecnología que desean incitar a las más jóvenes a seguir sus pasos. A tomar su relevo. A romper roles históricos, sociales y culturales que mantienen lo femenino en minoría, a veces extrema, en estos maravillosos campos del conocimiento y del ejercicio profesional.

Dentro del canal UPMujer (https://www.youtube.com/user/UPM/playlists?view=50&sort=dd&shelf_id=19) se pueden encontrar dos subcanales:

i) Conversaciones, en el que a través de una charla desenfadada las emprendedoras animan a las jóvenes a dedicarse a las STEM.

ii) Vivécdotas: en el que las participantes narran a los jóvenes asistentes al acto cómo pasaron de ser adolescentes más o menos indecisas a dedicarse al mundo de la Ciencia, la Ingeniería y la Tecnología.

Con esta iniciativa se pretende poner a disposición de los centros educativos preuniversitarios referentes femeninos dentro de las STEM para que fomentar las vocaciones tempranas entre las jóvenes estudiantes.

Conviene recordar que en los últimos diez años se ha producido un descenso importante de la participación de nuestras jóvenes en los estudios STEM que, excluyendo el área biomédica, supera el 30 %. Parte del problema de las vocaciones, más allá de los estereotipos sociales, se debe a la lejanía y escasez de referentes femeninos dentro de las STEM. Con esta iniciativa se acercan algunas de nuestras mejores a nuestras jóvenes con la firme esperanza de contribuir a fomentar las vocaciones femeninas y con ello contribuir a un mundo justo, sostenible, librepensador.

Si quieres participar en las Jornadas de Puertas Abiertas de Científicas e Ingenieras para cambiar el Mundo, o más información acerca de la iniciativa, contacta con Jose Ygnacio Pastor (jy.pastor@upm.es).

Los materiales que utilizamos habitualmente han cambiado de forma imperceptible, pero constante, durante las últimas décadas y casi no nos hemos dado cuenta…

¿Por qué los parachoques ya no son de acero?

¿Por qué las prótesis de cadera son de titanio?

¿Por qué las mesas ya no son de madera?

¿Qué ventajas tienen los suelos laminados respecto al tradicional parqué?

¿Por qué ya no utilizamos la lana como ropa de abrigo?

Estas, y otras muchas preguntas similares, se pueden responder muy fácilmente gracias a una nueva metodología que creó el Prof. M.F. Ashby (Universidad de Cambridge, UK). Esta metodología ha dado lugar a un enorme campo de conocimiento denominado Selección de Materiales, que hogaño se estudia en multitud de titulaciones de Universidades de medio mundo, y se emplea de forma intensiva en la industria para averiguar el material más adecuado para los distintos desarrollos.

Y es que no es tarea fácil elegir entre unas 300.000 opciones (el número aproximado de materiales comercialmente disponibles) la más adecuada. Las posibilidades de materiales disponibles para un ingeniero o un científico son actualmente tan inmensas, que resulta imposible conocerlas todas. Gracias la metodología de Selección de Materiales es posible ir acotando los grupos de materiales con el comportamiento y propiedades más adecuados a los requerimientos que solicitamos.

Con esta nueva metodología, en vez de tener que usar multitud de extensos libros en los que se detallan las propiedades de los materiales, se utilizan ecuaciones que maximizan o minimizan las propiedades que nos interesan del material y otras que recogen las condiciones de contorno en que se van a utilizar. Con estos conjuntos de ecuaciones se llega a unas expresiones matemáticas, ecuaciones de rendimiento, que permiten ir a unos diagramas bilogarítmicos en los que, de una forma muy gráfica, resulta sencillo e intuitivo encontrar la solución disponible más adecuada para nuestro problema.

Si de ahora en adelante nos preguntan: ¿Qué material es el más adecuado para una aplicación dada? Podremos responder sin lugar a dudas: La que obtengamos gracias a los diagramas de Selección de Materiales de Ashby.

Si quieres conocer al Prof. Ashby personalmente, acude al al Solemne Acto Académico de Investidura como Doctor Honoris Causa, que tendrá lugar el día 9 de mayo de 2019, a las 12:00 horas, en el Paraninfo de la UPM.

Imprescindible la confirmación de asistencia en la web: http://eventos.upm.es/go/MikeAshby

Michael F. Ashby es actualmente Profesor Emérito en el Departamento de Ingeniería en la Universidad de Cambridge, habiendo sido previamente un Profesor de Investigación de la Royal Society en la Universidad de Cambridge, y Profesor Visitante de la Real Academia de Ingeniería en el Royal College of Art en Londres.

Sus líneas de investigación centran en el diseño y en el papel que los materiales juegan en él, siendo autor de más de trescientos artículos científicos de alta calidad sobre mecanismos de plasticidad y fractura, compactación de polvo, mecanismos de desgaste, metodologías para selección de materiales y modelado de procesos de conformación de materiales y diseño. Es coautor de casi una veintena de libros sobre materiales que se usan en la docencia de Ingeniería de Materiales en todo el mundo. Entre los más recientes se encuentran “Cellular Solids” (1988, 2da edición 1997), “Materials Selection in Mechanical Design” (4ta edición 2011), “Metal Foams – a Design Guide” (2000), “Materials and Design – the Art and Selección de Ciencia de Materiales en Diseño de Producto “3ª edición (2014),” Materiales y Medio Ambiente “, 2ª edición (2013),” Materiales: Ingeniería, Ciencia, Procesamiento y Diseño “3ª edición (2014) y” Materiales y desarrollo sostenible ” (2015). Es cofundador, junto con David Cebon, de Granta Design, Cambridge, compañía especializada en el desarrollo de aplicaciones informáticas para la Selección de Materiales, tanto en el campo industrial como en el de la educación en Ciencia e Ingeniería de Materiales.

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

Por último hablaremos en este post de los materiales que han sido revolucionarios durante el siglo XX. Todo el progreso que hemos tenido en telecomunicaciones, en informática y electrónica ha sido posible gracias a diversos materiales. A continuación te mostramos los más destacados.

Semiconductores

Estos materiales tienen una conductividad eléctrica de valores intermedios entre los materiales conductores y los aislantes. El semiconductor más utilizado es el silicio, que abundante en la naturaleza. Otros semiconductores son el germanio y el selenio. El silicio y su dopaje permitieron fabricar los chips, elementos imprescindibles en la industria electrónica e informática.

En estos materiales semiconductores se puede “jugar” con su conductividad añadiendo impurezas, este proceso de impurificación es llamado dopaje, que consiste en introducir átomos de otros elementos para variar su conductividad. Al doparse pueden formar semiconductores tipo n (negativos) si tiene electrones libres  o semiconductores tipo p (positivos) si tiene huecos libres. Al unirse un semiconductor tipo n con uno p hay transferencia de electrones del lado p al n. Así se fabrican los diodos que tienen múltiples aplicaciones, como los LED las células solares o los rectificadores de corriente.

Los transistores de los microchips se fabrican con distintas zonas de semiconductores tipo n y tipo p, y realizando diferentes combinaciones entre transistores es posible hacer operaciones lógicas que ejecuten funciones de cualquier elemento electrónico o de un ordenador.

Un material derivado del silicio es el siliceno, un material bidimensional formado por láminas de silicio y ahora se están ensayando de manera experimental las magníficas propiedades probadas de manera teórica. Se cree que mejorará las propiedades del silicio permitiendo dispositivos aún más pequeños.

Oblea de silicio monocristalino con chips electrónicos grabados

Fuente : http://historiaybiografias.com/chip_silicio/

Como se hace un michochip: https://www.youtube.com/watch?v=WPkn0oTiWv

Superconductores

Al doctor Kamerlingh Onnes se le concedió el Premio Nobel de Física en 1913 al descubrir la superconductividad en el mercurio al ser enfriado a -269ºC. el mercurio a estas temperaturas y a otros materiales como aleaciones de niobio y titanio, cerámicas de óxidos de itrio, bario y cobre, no presentan ninguna resistencia al paso de los electrones es decir, permiten el transporte de energía sin pérdidas, al contrario de lo que pasa por ejemplo con los metales que sufren el efecto joule.

Esto hace que tengan numerosas aplicaciones, por ejemplo los imanes de los equipos de resonancia magnética se fabrican con materiales superconductoras. También estos superconductores son usados en producción de energía eólica. Permiten conducir la corriente eléctrica sin perdidas lo que supone menor coste energético. Permiten construir nuevos transportes, al poder permitir construir imanes permanentes sobre los que se desplacen vehículos, como los trenes Maglev que alcanzarán velocidades de hasta 580 Km/hora en el trayecto entre Tokyo y Osaka.

Tren superconductor

Fuente: http://www3.icmm.csic.es/superconductividad/aplicaciones/

Pruebas con el tren Maglev: https://www.youtube.com/watch?v=ltqp4McM2wY

Fibra óptica

La fibra óptica cambió el sistema de las telecomunicaciones, gracias a la cual hoy en día es tan sencillo y rápido conectarse a internet. Se diseñaron para mejorar las redes de telefonía, después de las de televisión y finalmente ha contribuido a la expansión de internet y las comunicaciones en general.

Básicamente su función es transportar grandes cantidades de datos a través de luz. Mejora la transmisión de datos respecto a otros sistemas ya que aumenta la rapidez y amplifica los datos transmitidos. Para ello, pensar el material del que estarían hechas estas fibras requería algunas características especiales:

Debería ser transparente a una determinada longitud de onda, que fuera rígido a la vez que flexible y barato.  Así pues están formadas por un núcleo central de vidrio, dopado con óxidos de germanio o de fósforo, rodeado por una fina capa de vidrio y recubrimientos de PVC o polietileno para darles rigidez y protección.

Ejemplo de cable submarino de fibra óptica

Fuente: http://nemesis.tel.uva.es/images/tCO/contenidos/tema2/tema2_1_5.htm

Materiales del Futuro

Ponemos fin a nuestra serie de post, con los materiales más prometedores hoy en día y que son firmes candidatos a ser alguno de los materiales que cambiará nuestras vidas.

Grafeno.

Fue descubierto de manera casi accidental por Andre Geim y Konstantin Novoselov cuando descubrieron que podía fabricar láminas de un átomo de espesor. Ello les sirvió para llevarse el Nobel de física en 2010.

El grafeno es un material extraordinario debido a su estructura es una sustancia compuesta por carbono. De los cuatro electrones del carbono, tres se unen con los átomos contiguos, y es el cuarto electrón libre lo que hace que tenga unas propiedades extraordinarias. Es fuerte, flexible, es casi transparente buen conductor de la electricidad y el calor. Esto hace que tenga múltiples aplicaciones, en particular para la generación de dispositivos electrónicos y con el auge del Internet de las cosas, se prevé que su uso será imprescindible y aumentará en los próximos años.

Lámina de grafeno

Fuente: www.infografeno.com

Seda de araña

En nuestro blog dedicamos una entrada a este material tan prometedor:

http://www.madrimasd.org/blogs/ingenieriamateriales/2012/05/08/438/

Las fibras de la seda de araña tienen unas excelentes propiedades mecánicas, que no es comparable con la seda de otros animales por ejemplo del gusano de seda. La seda se compone principalmente de proteínas que produce el animal antes del hilado. Conseguir este hilado artificialmente es muy complicado aunque ya hay avances sobre ello. Las aplicaciones que tendrá esta seda artificial son múltiples, prendas resistentes, paracaídas, implantes en huesos y tendones, reparaciones óseas, injertos de piel, etc…

Ovillo de seda artificial.

Fuente: Lena Holm, Universidad de Ciencias Agrarias (Suecia)/Nature Chemical Biology

Para saber más: Biomimetic spinning of artificial spider silk from a chimeric minispidroin. doi:10.1038/nchembio.226

Estateno

Este material fue diseñado por ordenador, por lo que sus propiedades están probadas teóricamente. Según estos cálculos teóricos podría conducir la electricidad de una eficiencia cercana al 100% ya que la lámina de estateno formada por un átomo de estaño mueve los electrones sin disipar el calor. De momento ya se ha fabricado y queda comprobar si se cumplen dichas propiedades en laboratorio de manera experimental. Si así fuera puede ser el material que reemplace al Silicio en la industria de la electrónica.

Shirlk

Shirlk es un nuevo material, que pretende imitar la cutícula o piel dura de los animales, desarrollado por Javier G. Fernández y otros investigadores del Instituto Wyss en la Universidad de Harvard. Está hecho de capas de un material llamado chitosan y una proteína llamada fibroína de gusano de seda, por lo que es de fácil fabricación, bajo coste, es biodegradable y podría servir para sustitir a los plásticos.

Javier Fernández (a la derecha) muestra una lámina de quitosano a Don Ingber, director del Instituto Wyss. Fuente: Jon Chase Harvard Public Affairs & Communications.

En esta serie de post hemos mostrado algunos materiales pero hubo y habrá muchos más materiales que cambiarán nuestras vidas, de ahí la importancia de continuar la investigación en materiales, ya que serán clave en el futuro. Tendrán su importancia en bioingeniería en el desarrollo de tejidos, ayudarán a consolidar la impresión 3d, mejorarán la manera de obtener de almacenar y obtener energía y serán clave en el futuro.

La ciencia y la tecnología han cambiado nuestras vidas a lo largo de la historia. Todas las disciplinas han estado involucradas, pero en este blog queremos mostrar la importancia que tiene el desarrollo de nuevos materiales. Son muchos pero mostraremos los más destacados. Comenzamos una serie de post que nos llevará a través de la historia del ser humano en relación con los materiales, y es que como se titula nuestro blog, “nuestra vida está íntimamente ligada a la de los materiales”.

Prehistoria

En la prehistoria el desarrollo de materiales fue vital para el desarrollo de los seres humanos. Es así que la prehistoria se divide en dos grandes épocas: Edad de piedra (en la cual el trabajo con la piedra supuso un avance en la vida de la época) y la edad de los metales (con la aparición del cobre, el bronce y el hierro).

Edad de piedra

En esta época se popularizó el uso de la madera que proporcionó a las primeras civilizaciones el acceso a herramientas, vivienda, infraestructura y transporte, tales como barcos.

Pero fue la piedra el primer material que se convirtió con éxito en herramientas y armas, por lo que fue de vital importancia para la supervivencia.

En particular se utilizaron rocas como la silex, cuarcita, fonolita y riolita. El sílex es anhídrido silícico, la cuarcita es una roca metamórfica compuesta esencialmente por cuarzo, la fonolita es una roca de un origen volcánico compuesta principalmente por feldespato alcalino, la riolita es una roca rica en sílice cuya composición química es la del granito pero con más contenido en SiO2.

 Imagen Cuarcita

Fuente: www2.montes.upm.es/Dptos/dsrn/Edafologia

Piedra tallada a mano llamada ‘Excalibur’ de Atapuerca, con una edad aproximada de 0.5 millones de años

Fuente: https://www.york.ac.uk/news-and-events/news/2012/research/handaxe/gallery/

En este enlace puede observarse el tallado de algunos instrumentos de piedra:

http://www.diariodeatapuerca.net/Cuchillosenvidrio.pdf

Edad de los metales

La edad de los metales comienza aproximadamente en el año 4000 a.C. Es una época clave puesto que los elementos y herramientas que se desarrollaron a partir del descubrimiento de los metales hicieron que fuese una época de gran evolución para el hombre.

Los procedimientos de trabajo también evolucionaron lo que permitieron una mejor obtención de los metales. Al principio se golpeaba el metal para darle forma, después surgió la forja, en el que el metal era golpeado en caliente y con el descubrimiento de la fundición (metal se calienta hasta volverse líquido y se introduce en un molde) se extendió el uso de los metales.

Edad de Bronce

Los primeros metales que se usaron fueron la plata, el oro y el cobre, que se encuentran de manera natural en forma de pepitas, pero el oro y la plata al ser tan escasos no supusieron ningún avance en la vida del ser humano. En cambio el cobre si lo supuso. En su forma pura es muy blando, pero aleado con estaño en pequeña cantidad da lugar al bronce, (una aleación promedio contiene un 90% de Cu y 10% de Sn). Se desconoce cómo nuestros antepasados llegaron a esa combinación.

El procedimiento de obtención del bronce consistía en mezclar el mineral de cobre  con el de mineral de estaño en un horno, de tal manera que al calentar se produce carbono que reducía los minerales y daba un resultado del 5 al 10 % en peso de estaño.

Molde de fundición. Arenisca para Bronce. Yacimiento de Regal de Pidola. (Binéfar, Huesca). Fuente: Museo de Huesca http://museodehuesca.es/colecciones/protohistoria/

Edad de Hierro

Sucedió en torno el año 1200 a.C. El hierro es un elemento muy abundante (el cuarto más abundante en la corteza terrestre, además el núcleo de la tierra está formado por hierro) , lo que hizo que se extendiera su uso de una manera muy rápida. Además las armas y utensilios eran de más calidad.

Hacha de la edad de Hierro procedente de Dinorben Hillfort.

Fuente: Museo de Gales. https://museum.wales/blog/2014-01-09/Bryn-Eryr-Farm—How-to-become-an-Iron-Age-Carpenter/

Desde entonces hasta hoy en día el hierro es el elemento más utilizado, ya que se emplea en la producción de acero principalmente.

El acero es una aleación de hierro y carbono entre un 0.05 y 2% los más habituales. Existen aceros de diversas composiciones y elementos aleantes. Cada uno de ellos desarrollado para diferentes aplicaciones, lo cual, junto su fácil trabajabilidad hace que sea tan versátil que su consumo no deja de crecer.

Aunque sus componentes principales son abundantes, el acero se puede reciclar, lo que favorece aún más su uso y extensión.

lo largo de los siglos se fue mejorando la manera de obtener el acero, se aumentó el tamaño de los hornos y se entendió mejor el proceso de reducción del mineral de hierro. Pero fue durante la revolución industrial (principalmente la llamada segunda revolución industrial) la época en la que el acero incremento su producción y uso. Fue la invención del ferrocarril, las máquinas de vapor, los barcos, etc, lo que hizo que su demanda creciera vertiginosamente. Para ellos se estudió como aumentar la producción de acero y fue en esta época durante el siglo XIX en la que se patentó el proceso Bessemer 1855, para la producción masiva de acero, en el cual el arrabio (producto de la reducción del hierro en el horno de fundición y que se usa para fabricar el acero) se refinaba mediante chorros de aire.

Gráfica de la producción mundial de acero en los últimos siglos. El invento de Bessemer fue el punto de partida del vertiginoso crecimiento.

Fuente: Acero,  Autor: Martínez Gómez, Lorenzo Editorial: S.L. FONDO DE CULTURA ECONOMICA DE ESPAÑA

Para conocer más sobre el Proceso bessemer: https://www.youtube.com/watch?v=4Sw9XzXXcxk

Esta producción masiva de hierro incremento la producción en minería y otros sectores, siendo un elemento fundamental en el hecho de que la revolución industrial fuera una época de transformaciones que industrializó el mundo dando lugar a una nueva etapa en la historia.

Como curiosidad, la revolución industrial también cambió la arquitectura al incorporar nuevos materiales basados en acero. Así uno de los símbolos de la revolución industrial fue la torre Eiffel construida con aproximadamente 18.000 piezas que se entrecruzan mediante 2.500.000 remaches de  hierro forjado pudelado.

Torre Eiffel  Fuente: https://es.wikiarquitectura.com/edificio/torre-eiffel

Hoy en día se emplean los altos hornos para producir acero desde mineral de hierro, aunque también se ha extendido el uso de hornos eléctricos para reciclar acero desde chatarra.

Alto horno para producir acero. Fuente: http://www.albasiderurgica.com/

Actualmente, su producción sigue creciendo, siendo China hoy en día el mayor productor, y las previsiones apuntan a que seguirá siendo el material más utilizado por muchos años.

 Producción de acero en el 2007. Fuente: Wikipedia

Papel

La escritura es el hecho que separa la historia de la prehistoria. El hombre usó múltiples materiales para escribir, barro y rocas fueron los primeros empleados, pero el papel ha sido el material más usado a lo largo de los años.

El precursor del papel son los papiros usados por primera vez en el antiguo Egipto  que se fabricaban a partir de la planta papiro que crecía a orillas del Nilo entrecruzando las fibras que se obtenían de ella entrecruzadas y dejándolas secar en un soporte.

Detalle de láminas de papiro dispuestas horizontal y verticalmente. Fuente: http://www.nilo.one/prologo/papiro.htm

El papel como tal se inventó en China (Cai Lun en el año 105 d.C.), realizando una pasta con fibras de plantas como seda o bambú, la cual dejaba secar en tamices. La fabricación de papel se extendió por Asia, pero se considera que fue en la batalla de Talas (ocurrió en el año 751 d.C. a orillas del río Talas, hoy en día es Kirguistán) donde prisioneros chinos revelaron el secreto a los árabes. Posteriormente la invasión árabe de España, ingresó el papel en Europa en el siglo VIII.

Para conocer más sobre la historia del papel:

http://www.paperonline.org/uploads/Infografia%20historia%20papel.pdf

Recreación de la producción de papel en la antigüedad

Fuente: http://www.vacacionchina.com/cultura-de-china/invencion-papel.html

Un hecho que no solo hizo que la producción de papel se multiplicara sino que influyó en el curso de la historia porque supuso una expansión del conocimiento fue la invención de la imprenta por en 1453 por Gutenberg.

Más adelante en 1720 Ferchault de Reaumur empezó a emplear fibras vegetales de la madera para producir papel. Este hecho junto con la patente en 1804 de la máquina Fourdrinier, para la producción masiva y en continuo del papel hizo que su producción aumentara exponencialmente.

Maquina de papel Fourdrinier

Fuente: https://historiasdeempaques.wordpress.com/2013/01/03/el-papel-una-historia-bien-entrelazada/

El fundamento de esta máquina que hoy en día es básicamente muy similar es formar una pasta de pulpa de madera, se diluye en agua y se deposita en una tela metálica que se mueve horizontalmente donde el agua se va escurriendo. Posteriormente se para la pasta resultante entre rodillos secándose aún más y por último se pasa por rodillos calientes y se enrolla en bobinas.

Aluminio

El Aluminio es el segundo material con más producción mundial después del acero, y está presente en todos los sectores (automoción, alimentación, medicina, aeronáutica, etc…). No fue hasta el siglo XIX cuando se extendió el uso del aluminio, al mejorarse el proceso de producción, hasta entonces su producción era muy costosa que incluso se exhibía como un metal precioso en exposiciones.

Sonajero imperial, de Luis Napoleón, de aluminio. 1866.

Fuente: http://luissoravilla.blogspot.com.es/2012/12/la-cuberteria-de-aluminio-de-napoleon.html

 En 1889 se patentó el proceso Bayer, procedimiento para a partir de bauxita (que es de la manera que se encuentra el aluminio en la naturaleza) producir alúmina. El proceso consiste básicamente el disolver la bauxita con hidróxido de sodio. A continuación hay una etapa de digestión y otra de calcinación donde el hidróxido de aluminio se convierte en alumina. (2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O) .

Proceso Bayer

Fuente: http://www.aluar.com.ar/es/aluminio.php?id_categoria=55

Para obtener aluminio de alúmina se hace por electrolisis. Hall y Heroult patentaron proceso llamado Hall-Heroult que consiste en la electrólisis de alúmina disuelta en una mezcla de sales fundidas o baño electrolítico y que consiguió junto el proceso Bayer que la producción de aluminio fuese rentable y se llevase a cabo de forma industrial.

Para leer más acerca de esta patente:

http://www.madrimasd.org/blogs/patentesymarcas/2014/la-obtencion-del-aluminio-por-electrolisis-el-caso-de-los-inventores-gemelos/

Pero fue la II Guerra Mundial el periodo de más auge del aluminio, ya que fue la fuente primordial para la fabricación de aviones. Hitler construyó una flota enorme de aviones de duraluminio (ya usado en la primera guerra mundial) cuya producción fue financiada por el Gobierno Federal. Además se utilizaba para la fabricación de bombas de termita. Se convirtió en un elemento clave durante la guerra cuyas plantas de producción eran objetivos de guerra. Así pues hubo periodos de escasez de aluminio donde afloraron nuevos materiales y aleaciones.

Northrop XP-56. Prototipo de caza interceptor estadounidense A causa de la escasez de aluminio durante la guerra, estaba fabricado íntegramente en magnesio.

Fuente: http://www.gtd.es/en/blog/otros-10-aviones-raros-de-la-segunda-guerra-mundial

Hoy en día los aviones se fabrican principalmente de materiales compuestos aunque algunos de sus componentes siguen siendo de aluminio. Uno de los sectores donde el aluminio está muy presente debido al desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio y debido a su fácil conformado es la industria del automóvil. Esta aplicación y muchas otras pronostican una larga vida al aluminio.

Partes del automóvil fabricados de aluminio

Fuente: http://puentelara.blogspot.com.es/2013/02/aluminio-uso-en-el-automovil.html

Más sobre el aluminio en : http://aluminio.org

Plástico

Cientos de objetos cotidianos están hechos de plástico. Los materiales plásticos surgieron al investigar polímeros naturales para buscar sustancias que permitieran fabricar productos que con las materias primas que existían no era posible. Así se empezó a trabajar con ámbar, goma laca, gutapercha. En esa época también se trabajó con caucho y caseína. En 1839 Goodyear patento la vulcanización, modificando las propiedades de la goma natural al calentarla con azufre, es el proceso clave en la fabricación de neumáticos.

En 1860, un fabricante de bolas de billar quería cambiar las bolas de marfil usadas hasta entonces por otro material. John Wesley Hyatt presentó el celuloide, un material logrado al disolver celulosa en alcanfor y etanol.

Pero fue la bakelita el primer polímero completamente sintético producido en 1909 cuya  síntesis se realiza a partir de moléculas de fenol y formaldehído. En 1915 se descubre la copolimerización, (formación de polímeros mediante la unión de dos o más monómeros). Este hecho facilitó la producción de otros productos: poliestireno en 1929, poliéster en 1930, cloruro de polivinilo (PVC) y polietileno en 1933 y nylon en 1935, que junto con su fácil fabricación, bajo precio, moldeabilidad, y sus múltiples aplicaciones provocó la masiva producción de objetos de plástico.

Polimerización del etileno

Fuente: http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2013/08/polimeros.html

Existen numerosos productos plásticos que se clasifican atendiendo a diferentes categorías y se fabrican de diferentes maneras, principalmente por  técnicas de extrusión y de moldeo.

Clasificación y usos atendiendo a su comportamiento frente al calor

Fuente: http://tecnologiasplasticos.blogspot.com.es/

Los plásticos han conseguido avances en diferentes sectores que de otro modo no se hubiera podido hacer. Son muy versátiles, fáciles de fabricar y con bajos costos de producción.

Producción mundial de plástico de 1950 a 2014

Fuente: PlasticsEurope

Nunca antes un descubrimiento había crecido tan rápido lo que ha generado numerosos residuos de plástico. Por ello existe gran controversia con este material. Diversos antropólogos vaticinan que esta época se denominará la edad de plástico al igual que ocurrió con la edad de hierro. Lo cierto es que los plásticos presentan el problema de la biodegradabilidad.  Las soluciones que se presentan ante este problema son fabricar plásticos biodegradables, reducir su consumo y reciclarlos. Además se está investigando con bacterias que se alimentan de plástico. Más información en: Fuente: (Science  11 Mar 2016:Vol. 351, Issue 6278, pp. 1196-1199 DOI: 10.1126/science.aad6359)

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).

Jornadas de la mujer en la Ciencia y Tecnología de los Materiales

Del 7 de febrero al 16 de mayo de 2018,  todos los miércoles de 10:45 a 14:00 h se van a llevar a cabo las Jornadas de la mujer en la Ciencia y tecnología de Materiales en la ETSI Caminos de la UPM. Son jornadas de divulgación científica sobre los últimos avances en Ciencia y Tecnología de Materiales,  protagonizado por mujeres.