Vidrios Especiales.

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que ocurre en la naturaleza y también es creado artificialmente por el hombre. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.
El vidrio se obtiene por fusión a unos 1.500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3).
El término "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido amorfo (sus moléculas no están dispuestas de forma regular) y no un sólido cristalino.

VIDRIOS ESPECIALES:

Es un vidrio de seguridad el que en caso de rotura no ofrece peligro para las personas o bienes. El vidrio común cuando se rompe produce grandes astillas agudas y filosas, pero es la base del procesamiento del vidrio de seguridad.

ANTI INTRUSIONES

DesDesde el punto de vista de la seguridad presenta una excelente resistencia a ser penetrado ante intentos de robo o vandalismo. Dicha propiedad es por la acción del PVB (material plástico de alta expansión)
En todos los casos de rotura del vidrio se fragmenta en trozos que quedarán firmemente adheridos al PVB sin dar origen a trozos de vidrios que puedan ser usados como proyectiles, armas blancas o simplemente agregar esquirlas a un artefacto explosivo.
ANTI EXPLOSIONES

Los Actos de terrorismos en el mundo han hecho surgir nuevas regulaciones de gobiernos para proteger a las personas de bombas explosivas. El vidrio DG con SGP laminado y con vidrios de 6 mm ha pasado satisfactoriamente las pruebas con ráfagas de arena de acuerdo a la norma ASTM-1642 de 3mm,con el panel testigo localizado 1.5 m detrás de los vidrios. Vidrios laminados con SGP de 2.3 mm de espesor han pasado exitosamente las pruebas con arena con sobrepresiones mayores a 196 kPa ( 2 Kg/cm) y son aptos para resistir actos vandálicos con bombas de gran poder.

Aleaciones Ligeras: Magnesio.

El magnesio es un metal ligero, con una densidad de 1.74 g/cm3, que compite con el aluminio para aplicaciones que requieren metales de baja densidad, a pesar de su mayor precio, alrededor del doble. Sin embargo, el magnesio y sus aleaciones muestran una serie de desventajas que limitan su utilización. Por una parte la reactividad del magnesio es elevada y sin embargo la estabilidad de sus óxidos es pobre por lo que su resistencia a corrosión es pequeña, sus características mecánicas son del orden de las correspondientes a las aleaciones de aluminio incluso de forma específica, y muestran pobres resistencia a termofluencia, fatiga y desgaste. Además, resultan aleaciones de difícil colabilidad y que en estado fundido arde en contacto con el aire, y su transformación en frío resulta igualmente difícil al cristalizar el Mg en una estructura hexagonal densa que no favorece precisamente su deformación. No obstante tiene amplias aplicaciones en la ingeniería aeronáutica y aerospacial.
El magnesio tiene el punto de fusión en 651°C, y cristaliza como se ha comentado anteriormente en el sistema hexagonal denso, por lo que es preferible realizar la conformación de sus aleaciones en caliente. Las aleaciones de Mg se dividen fundamentalmente en dos tipos: aleaciones de forja y aleaciones de fundición. En ambos tipos la aleaciones pueden mejorarse mecánicamente por tratamientos de deformación y tratamientos térmicos de envejecimiento.
Las aleaciones de fundición suelen incorporar Al y Zn, ya que estos elementos contribuyen a un endurecimiento por solución sólida, tal como se aprecia en el diagrama de equilibrio de la figura 13.26. La introducción de tierras raras, principalmente cerio, en su composición forma precipitados del tipo Mg9R, que durante la solidificación precipitan en borde de grano formando una fina red frágil.
Las aleaciones de forja, incorporan igualmente Al y Zn como principales elementos de aleación, que además de endurecer el material por solución sólida lo hacen por precipitación de compuestos del tipo Mg17Al12 en los tratamientos de envejecimiento de estas aleaciones. El torio y el circonio también forman, con el magnesio, precipitados endurecedores que estabilizan las características de la aleación a elevadas temperaturas, alrededor de los 425°C.

Aleaciones Ligeras: titanio.

El titanio es un metal relativamente ligero (densidad de 4.54 g/cm3), altamente reactivo y que presenta una transformación alotrópica de una estructura hexagonal densa a temperatura ambiente a una estructura c.c. (b) a 883°C.
El titanio es un metal caro, precisamente por su elevada reactividad, debido a su dificultad de extracción y transformación. A elevadas temperaturas se combina fácilmente con el oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono y hierro, por lo que es necesario la aplicación de técnicas de vacío durante su conformado. No obstante su elevada reactividad, el óxido obtenido es muy estable, por lo que puede utilizarse el titanio y sus aleaciones, una vez pasivado, en aplicaciones de resistencia a la corrosión en ambientes agresivos como ambientes marinos y soluciones cloruradas.
La resistencia del titanio es muy elevada, 684 MPa para el Ti de pureza 99.0%, por lo que tanto el Ti como sus aleaciones pueden competir favorablemente con las aleaciones de Al para algunas aplicaciones aerospaciales, a pesar de su mayor precio, alrededor de unas 5.7 veces superior.
La adición de elementos de aleación modifica la temperatura de transformación alotrópica del titanio, pudiendo dividir las aleaciones en cuatro grupos diferentes. La adición de estaño produce un endurecimiento por solución sólida sin afectar apreciablemente la temperatura de transformación. El aluminio, el oxígeno, el hidrógeno y otros elementos estabilizan la fase a, incrementando la temperatura a la cual a se transforma en b. Elementos como el vanadio, tántalo, molibdeno y niobio, estabilizan por el contrario la fase b, haciendo incluso que la fase b sea estable a temperatura ambiente. Finalmente, el manganeso, cromo y hierro, presentan diagramas con transformación eutectoide, reduciendo la temperatura a la cual sucede la transformación a ® b, y produciendo la estructura bifásica, por la transformación eutectoide, a temperatura ambiente.

Aleaciones Ligeras: aluminio.

Las aleaciones de aluminio para forja pueden subdividirse en dos grupos, aquellas que son tratables térmicamente y las que no lo son. Las aleaciones de aluminio para forja no tratables térmicamente no pueden ser endurecidas por precipitación y sólo pueden trabajarse en frío para aumentar su resistencia. Los tres grupos más importantes de estas aleaciones corresponden a las familias de aluminio puro, Al-Mg y Al-Mn. En la tabla 13.8 se recogen las composiciones químicas, las propiedades mecánicas y las principales aplicaciones industriales de las aleaciones más utilizadas.
Las aleaciones de la serie 1000 tienen un contenido en aluminio mínimo del 99%, siendo las principales impurezas de Fe y Si. En la aleación 1100 se añade hasta un 0.12% de Cu para aumentar su resistencia, 90 MPa. Se utilizan principalmente para conductores eléctricos y en la obtención de láminas muy finas.

propiedades de los plasticos.

Como la familia de los plásticos es muy amplia, es normal que nos encontremos con características que difieren de uno a otros aunque , en general, las propiedades de todos ellos son muy similares. Veremos algunas de ellas
Aislantes de la electricidad . Los plásticos, a diferencia del cobre, no son buenos conductores de la electricidad . Esto le permite se muy utilizado para recubrimiento de cables, entre otras aplicaciones.

Conductividad térmica. Tienen la propiedad de conducir mal el calor y por ello se utilizan en objetos donde necesitamos que el calor no pase de un lugar a otro, como por ejemplo el calor de la sartén. En la imagen de abajo, se muestra un mango de sartén para este propósito.


Resistencia mecánica. Si tenemos en cuenta lo que pesa, podemos decir que los plásticos son muy resistentes. Por este motivo y cuando el peso es primordial ( naves, coches, etc ) se suelen usar junto a aleaciones metálicas para reducir el peso y , consecuentemente, bajar el consumo de energía.

Combustibilidad. Debido a la presencia de Carbono e hidrógeno en la molécula del plástico , la mayoría de los plásticos arden con facilidad.

Plasticidad. Un gran grupo de los plásticos tienen la capacidad de moldearse al aumentar la temperatura, sin pérdida de sus propiedades. Esto permite la fabricación de piezas complicadas.Se puede combinar con otros materiales. En la imagen de abajo , se representa una protesis de una aleacion metálica combinada con plástico . Otro ejemplo , es el poliéster reforzado con fibra de vidrio, utilizado para los vasos de las piscinas

Economía . Salvo algunos tipos, el plástico es un material muy barato.

nuevos Materiales cerámicos.

-Generalmente identificada con el mundo artístico, la cerámica es un material muy noble con aplicaciones en más áreas de las que se conocen. Es por esto que un grupo de científicos del Instituto Balseiro de la Universidad —con sede en Bariloche—, desarrolló tecnologías para obtener cerámicos (vítreos o vitrocerámicos) en estado monolítico o capas finas, según el caso, con funcionalidades específicas en el ámbito de la salud y de la energía. Respecto de la salud, la investigación desarrolló microesferas de vidrio radiactivas que se traban en el hígado, cerca de los tumores y que reciben la radiación que se desprende desde ella. Pero esas microesferas también pueden ser utilizadas en odontología, en la adhesión de restauraciones de inserción rígida, totalmente cerámicas, según detalló a Argentina Investiga Alejandro Fernández, codirector del proyecto. En tanto, para el área de energía, se centraron en el desarrollo de cerámicos para la construcción de celdas de combustible capaces de convertir, en forma eficiente y limpia, energía química en energía eléctrica.
-Los ladrillos cerámicos impresos en 3D, constituyen un nuevo material que permite realizar construcciones personalizadas y únicas como muros, columnas e incluso para la construcción a gran escala. Los ladrillos se fabrican aproximadamente entre 15 a 20 minutos y, una vez que están duros, se pueden apilar para dar lugar a la construcción de muros, columnas y bóvedas. Quien quiera implementar en la construcción con estos ladrillos 3D pueden llevar las impresoras 3D portátiles al sitio de la construcción y allí mismo crear los materiales para la construcción. Este tipo de impresiones brinda la posibilidad, al arquitecto y al contratista, de realizar cientos de ladrillos estándar o personalizados, satisfaciendo los gustos de las personas más exigentes.
-El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es un proceso utilizado para el mecanizado de metales duros y limitado a los materiales conductores de la electricidad. A pesar de sus limitaciones, permite producir con precisión piezas pequeñas de formas raras. La aplicación del EDM a piezas de cerámica requiere el desarrollo de nuevos materiales cerámicos electroconductores y la integración de una tecnología de proceso EDM adaptada para las cerámicas. Con la aparición de la nanotecnología, los investigadores han descubierto que nanopolvos formados por partículas de escala atómica y molecular mejoran las propiedades mecánicas de los productos cerámicos a los que se incorporan.

Nuevas Ceramicas y Plásticos: Plástico

Los plásticos son aquellos materiales que, compuestos por resinas, proteínas y otras sustancias, son fáciles de moldear y pueden modificar su forma de manera permanente a partir de una cierta compresión y temperatura. Un elemento plástico, por lo tanto, tiene características diferentes a un objeto elástico.

Por lo general, los plásticos son polímeros que se moldean a partir de la presión y el calor. Una vez que alcanzan el estado que caracteriza a los materiales que solemos denominar como plásticos, resultan bastante resistentes a la degradación y, a la vez, son livianos. De este modo, los plásticos pueden emplearse para fabricar una amplia gama de productos.

Por ejemplo: “Las botellas de plástico las guardo en el mueble del pasillo”, “Compré una mesa de plástico con cuatro sillas para el jardín”, “Marta le regaló a Eliana un florero de plástico muy bonito”.

El costo reducido de fabricación, su resistencia al deterioro, la impermeabilidad y la posibilidad de colorearlos en diferentes tonos son algunos de los motivos que hacen que los plásticos sean tan populares. Sin embargo, también experimentan diversas contras: muchos de ellos no son susceptibles de reciclaje, por lo que pueden contribuir a la contaminación; por otra parte, los plásticos no suelen resistir el calor excesivo, derritiéndose y liberando, en ocasiones, sustancias tóxicas.

La condición de lo plástico se conoce como plasticidad. Por eso, el término puede emplearse como adjetivo para calificar a aquel o aquello que demuestra facilidad para adoptar distintas formas: “Es un jugador plástico que siempre logra escabullirse entre los defensores”.

Nuevas Cerámicas y Plásticos: Cerámica- Características

Una de las características que comparten todos los materiales de este arte es su capacidad de aislar la temperatura y, por otro lado, su fragilidad.

Estas características, vuelven imposible la fundición de estos materiales y también la mecanización de su formación con herramientas como fresas, tornos y brochas. Por esta razón la forma de trabajar estos materiales es a través de la sinterización. Se trata de un proceso que consiste en la obtención de productos cerámicos (también se utiliza para manipular ciertos metales) a partir del triturado elemental.

Nuevas Ceramicas y Plásticos: Cerámica

Cerámica es el arte de fabricar objetos de porcelana, loza y barro. El concepto proviene del griego keramikos, “sustancia quemada” se refiere no sólo al arte, sino también al conjunto de los objetos producidos, al conocimiento científico sobre dichos objetos y a todo lo perteneciente o relativo a la cerámica.
Los historiadores creen que la cerámica surgió en el periodo neolítico por la necesidad de crear recipientes que permitieran guardar el excedente de las cosechas. Dicha cerámica era moldeada a mano y se secaba al sol o alrededor del fuego.

A partir de la aplicación de la cocción y del desarrollo de modelos geométricos y dibujos para la decoración de los objetos surgió la alfarería (el arte de elaborar vasijas de barro cocido).

Los chinos habrían sido los primeros en aplicar técnicas avanzadas para la cocción de los objetos. Sus conocimiento se expandieron primero por el mundo oriental y después llegaron a Occidente.

Existen distintas técnicas y productos vinculados a la cerámica. La porcelana, un material duro y translúcido que suele ser de color blanco, fue desarrollada en China entre los siglos VII y VIII.

La terracota (“tierra cocida”) es más antigua ya que se remonta al siglo III a.C. Se trata de arcilla modelada y cocida al horno, generalmente utilizada para la creación de recipientes, esculturas y decoraciones.

La loza (terracota barnizada o esmaltada), el gres (molido con agua y prensado para que tenga una mayor resistencia) y la mayólica (que presenta un acabado vítreo particular) son otros materiales vinculados a la cerámica.

Superconductores: Conclusión.

Se espera que, en el futuro, los superconductores se empleen para construir motores eléctricos y para crear equipos que permitan almacenar energia, entre otras aplicaciones.

Cabe destacar, por último, que se conoce como superconductores de alta temperatura a los materiales que cuentan con una temperatura crítica superior a la temperatura de ebullición que tiene el nitrógeno o que no cumplen con la teoría BCS (desarrollada en 1957 para explicar la superconductividad).

Superconductores: Clasificación.

Los materiales superconductores se pueden clasificar según varios criterios relevantes, como son los siguientes:

1. Si tenemos en cuenta su material, podemos decir que hay cuatro grandes grupos: las cerámicas, las aleaciones, los que poseen estructuras de carbono y los elementos puros.
2. Partiendo de lo que es su comportamiento físico, se puede determinar que hay dos clases de superconductores: los de tipo I, que tienen la particularidad de poder pasar del estado superconductor al normal de una forma muy rápida, y los de tipo II. Estos últimos son los que tienen, como se denomina por parte de los científicos, dos campos magnéticos críticos.
3. En función de lo que es su temperatura crítica, hay dos modalidades: los de alta temperatura, si la misma está por encima de los 77k, y los de baja temperatura, que se caracterizan por tenerla por debajo de los ya citados 77k.
4. Por último, otra clasificación existente es la que se base en la teoría que viene a explicarlos y que determina que pueden ser convencionales, cuyos orígenes están en los fonones, y no convencionales, cuando el citado origen que tienen es otro distinto a los citados.
5. 

Superconductores: ¿que son?

superconductor es un adjetivoque se aplica a aquellos materiales que, al ser enfriados, dejan de ejercer resistencia al paso de la corriente eléctrica. De este modo, a una cierta temperatura, el material se convierte en un conductor eléctrico de tipo perfecto.

La superconductividad, por lo tanto, es una propiedad de algunos materiales. Las sustancias que pueden actuar como superconductoras son aquellas que, en condiciones específicas, pueden conducir la corriente sin que se produzca pérdida energética ni se ejerza resistencia.

El científico Heike Kamerlingh Onnes descubrió, en 1911, que los conductores metálicos pierden resistividad cuando disminuye la temperatura. Al descender por debajo de una temperatura calificada como crítica, la resistencia se anula por completo. De esta manera, la corriente eléctrica puede fluir de forma indefinida a través del superconductor incluso sin la acción de una fuente de alimentación.

Semiconductores: Conductividad

La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales semiconductores depende en gran medida de su temperatura interna. En el caso de los metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al paso de la corriente también aumenta, disminuyendo la conductividad. Todo lo contrario ocurre con los elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad también aumenta.

En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodos:
Elevación de su temperatura
Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina
Incrementando la ilumiación.

Semiconductores: Tabla

Número Atómico Nombre del Elemento Grupo en la Tabla Periódica Categoría Electrones en la última órbita Números de valencia 48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2 5 B (Boro) IIIa Metaloide 3 e- +3 13 Al (Aluminio) Metal     31 Ga (Galio)     49 In (Indio)     14 Si (Silicio) IVa Metaloide 4 e- +4 32 Ge (Germanio)     15 P (Fósforo) Va No metal 5 e- +3, -3, +5 33 As (Arsénico) Metaloide     51 Sb (Antimonio)     16 S (Azufre) VIa No metal 6 e- +2, -2 +4, +6 34 Se (Selenio)     52 Te (Telurio) Metaloide

 

Semiconductores: Lugar en la tabla periódica

Esos elementos semiconductores que aparecen dispuestos en la Tabla Periódica constituyen la materia prima principal, en especial el silicio (Si), para fabricar diodos detectores y rectificadores de corriente, transistores, circuitos integrados y microprocesadores.

Los átomos de los elementos semiconductores pueden poseer dos, tres, cuatro o cinco electrones en su última órbita, de acuerdo con el elemento específico al que pertenecen. No obstante, los elementos más utilizados por la industria electrónica, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), poseen solamente cuatro electrones en su última órbita. En este caso, el equilibrio eléctrico que proporciona la estructura molecular cristalina característica de esos átomos en estado puro no les permite ceder, ni captar electrones. Normalmente los átomos de los elementos semiconductores se unen formando enlaces covalentes y no permiten que la corriente eléctrica fluya a través de sus cuerpos cuando se les aplica una diferencia de potencial o corriente eléctrica. En esas condiciones, al no presentar conductividad eléctrica alguna, se comportan de forma similar a un material aislante.

Semiconductores: El inicio

Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas.

En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.

Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.

Semiconductores: ¿Qué son?

Es un material aislante que, cuando se le añaden ciertas sustancias o en un determinado contexto, se vuelve conductor. Esto quiere decir que, de acuerdo a determinados factores, el semiconductor actúa a modo de aislante o como conductor.

Los semiconductores pueden ser intrínsecos o extrínsecos. Los semiconductores intrínsecos (que también se conocen como semiconductores extremadamente puros) son cristales que, a través de enlaces covalentes entre los átomos, desarrollan una estructura de tipo tetraédrico A temperatura de ambiente, estos cristales tienen electrones que absorben la energia que necesitan para pasar a la banda de conducción, quedando un hueco de electrón en la banda de valencia.

Los semiconductores extrínsecos, por su parte, son semiconductores intrínsecos a los que les agregan impurezas para lograr su dopaje (así se conoce el resultado del proceso que se lleva a cabo para modificar las propiedades eléctricas de un semiconductor).

Fibra Óptica:El futuro

Por ahora estas condiciones son sólo una ilusión pero los investigadores del University College de Londres se muestran optimistas en cuanto al futuro de las redes:


Este resultado representa un hito que muestra que las conexiones ópticas de 1 terabit por segundo de velocidad son posibles. Una infraestructura de comunicaciones digitales de alta capacidad es esencial en todos los aspectos de la economía digital y en la vida diaria.

Así pues, toca agradecer a estos investigadores que hayan abierto esta pequeña ventana al futuro para mostrarnos qué puede hacer una conexión de fibra óptica, y qué podremos conseguir dentro de no demasiado tiempo. Este experimento junto con la próxima llegada del 5G y el lifi ya una realidad augura un futuro de hiperconexión a velocidades inimaginables hace algunos años.

Fibra Óptica: El inicio

Las fibras ópticas se desplegaron en la década de los 1980 para sustituir a las señales analógicas vía cables de cobre. La fibra óptica propaga pulsos de luz de diferentes longitudes de onda (colores) lo que permite enviar más de 100 canales de datos bien separados sin interferencias por la misma fibra, alcanzando unos 20 terabits (billones de bits) por segundo. Hoy en día, además de la amplitud, la fase y la polarización de los pulsos, también se puede modular su separación física en la sección transversal de la fibra.

Fibra Óptica: ¿cómo se utiliza?

Las fibras ópticas se pueden utilizar con LAN, así como para transmisión de largo alcance, aunque derivar en ella es más complicado que conectarse a una Ethernet. La interfaz en cada computadora pasa la corriente de pulsos de luz hacia el siguiente enlace y también sirve como unión T para que la computadora pueda enviar y recibir mensajes.

Su uso fue inicialmente para transmitir datos telefónicos, posteriormente se utilizó para transmitir datos de televisión por cable y finalmente para transmitir señal de internet.

Fibra Óptica: ¿qué es?

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la luz. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX.

El grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3 componentes:
La fuente de luz: LED o láser.
el medio transmisor : fibra óptica.
el detector de luz: foto-diodo.

Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto,recubrimiento, tensores y chaqueta.