Metales, cerámicas, polímeros y compuestos
Enlace atómico de la cerámica: Trata de la forma en que se unen los cerámicos. Clasificación: Muestra cómo se clasifican los cerámicos. Propiedades térmicas: Da las propiedades térmicas de los cerámicos. Propiedades ópticas: Describe las diferentes propiedades ópticas. Propiedades mecánicas: Habla de la fragilidad, la tensión y la deformación. Propiedades eléctricas: Habla de los dieléctricos y la superconductividad. Procesamiento de la cerámica: Ilustra diferentes métodos en la formación de productos.
Polímeros Reacciones de polimerización: Describe las diferentes reacciones utilizadas para fabricar polímeros. Estructura química de los polímeros: Discute las diferentes configuraciones químicas. Estructura física de los polímeros: Habla de la estructura cristalina de los polímeros. Miembros de los polímeros: Define los termoestables y los termoplásticos. Procesamiento de los polímeros: Describe las numerosas técnicas de procesamiento. Reciclaje: Habla sobre el reciclaje y por qué es importante.
Semiconductores Conductores, aislantes y semiconductores: Habla de las características eléctricas de los materiales. Aplicación e investigación: Habla de cómo funcionan las uniones p-n. Propiedades y procesamiento: Describe el procesamiento y las propiedades de los semiconductores.
Compuestos de cerámica-polímero
Las tablas de selección de materiales son una novedosa forma gráfica de presentar los datos de las propiedades de los materiales. La mayoría de las propiedades de los materiales abarcan varios órdenes de magnitud, por lo que se utilizan escalas logarítmicas. Las propiedades individuales podrían representarse en forma de gráficos de barras, pero un gráfico 2D de un par de propiedades es mucho mejor, como veremos. La figura 1 muestra un ejemplo de módulo de Young frente a la densidad, en el que se aprecia dónde se encuentran los datos de las distintas clases de materiales.
Así, un gráfico 2D permite una buena apreciación visual de los rangos y las magnitudes relativas de las dos propiedades consideradas individualmente, simplemente extendiendo los materiales en el diagrama, y sin que tengamos que preocuparnos demasiado inicialmente por los valores reales. Pero hay mucho más que esto. En primer lugar, no es casualidad que los metales, los polímeros, etc., se agrupen en un diagrama módulo de Young – densidad. Estas propiedades reflejan el empaquetamiento atómico y el enlace característicos de cada clase, que están muy bien definidos. Si “rellenamos” las burbujas con datos de tipos de materiales dentro de cada clase, esto es aún más evidente. La figura 2 muestra el mismo gráfico, con los datos de una selección de metales.
Comparar las propiedades de los metales, las cerámicas y los polímeros como materiales de matriz
Obra de arte: ¿Por qué la cerámica y los metales se comportan de forma diferente? 1) Los metales se pueden doblar porque los átomos de su interior pueden deslizarse entre sí con bastante facilidad. 2) En una cerámica, los átomos están fuertemente unidos. Si se aplica una fuerza excesiva, lo único que puede hacer una cerámica es romperse: la energía no tiene otro destino. 3) En los metales, hay electrones libres (azules) para transportar el calor y la electricidad. Por eso los metales son buenos conductores. 4) En una cerámica, los electrones están todos “ocupados” uniendo átomos y no hay ninguno libre para transportar electricidad y calor. Por eso los cerámicos tienden a ser buenos aislantes (no conductores).
Todo lo que tiene un motor eléctrico (es decir, todas las máquinas eléctricas de su casa) contiene imanes, y a menudo están hechos de cerámica de ferrita. (También encontrará imanes de ferrita, u otros
Foto: A menudo se ven aisladores de cerámica (las pilas de discos redondos) que protegen las líneas eléctricas aéreas. Están hechos de porcelana, vidrio u otras cerámicas. Crédito: Fotografías del Archivo Carol M. Highsmith,
Propiedades de los polímeros
Tanto la cerámica como el polímero son materiales habituales para la artesanía, y son adecuados para diferentes aplicaciones. La cerámica y el polímero se fabrican en forma de arcilla para la artesanía. La arcilla cerámica es el mejor material para elaborar cualquier tipo de vajilla, cerámica o escultura, mientras que la arcilla polimérica es preferible para proyectos a menor escala y para las manualidades de los niños.
Aunque la cerámica es un material inorgánico como el polímero, la cerámica se compone de sustancias naturales y es uno de los materiales de construcción y artesanía más antiguos conocidos por el hombre. El hombre antiguo fabricaba alfarería y ladrillos con arcilla cerámica, y la cerámica se sigue utilizando para esos fines en la actualidad. La cerámica es una mezcla de minerales terrestres, arcilla y agua. El polímero es un producto sintético fabricado por el hombre -esencialmente, un plástico fabricado en muchas formas diferentes. Para fines artesanales, el polímero se presenta en forma de arcilla. Aunque se llama “arcilla polimérica”, no hay arcilla real en el material. Se le llama simplemente “arcilla” por su similitud en el uso y la maleabilidad.
Algunas marcas de arcilla polimérica pueden secarse en el horno de la misma manera que la cerámica, pero el calor intenso puede hacer que el polímero libere humos peligrosos. Por lo tanto, el polímero no es el material ideal para cualquier tipo de vajilla o bebida, ya que las tazas y los platos se meten con frecuencia en el microondas y en el lavavajillas caliente. Por lo demás, la arcilla polimérica es un material para manualidades seguro para niños y adultos. La arcilla cerámica creada para la artesanía y la alfarería no es tóxica, aunque también debería utilizar un esmalte cerámico no tóxico si está haciendo algo que pueda utilizarse para contener bebidas o alimentos.