FIBRA DE CARBONI

Aprofitant el projecte sobre nanotecnología us presento un article sobre la fibra de Carboni, un producte que esta revolucionant el món de la enginieria.

La fibra de carboni és una fibra sintètica constituïda per fins filaments de 5-10 micres de diàmetre i compost principalment per carbono.1 Cada fibra de carboni és la unió de milers de filaments de carboni. Es tracta d'una fibra sintètica perquè es fabrica a partir de l'poliacrilonitrilo. Té propietats mecàniques similars a l'acer i és tan lleugera com la fusta o el plàstic. Per la seva duresa té major resistència a l'impacte que l'acer.

La principal aplicació és la fabricació de materials compostos, en la majoria dels casos -aproximadament un 75% - amb polímers termoestables. El polímer és habitualment resina epoxi, de tipus termostable tot i que també pot associar-se a altres polímers, com el polièster o el vinilèster.

ESTRUCTURA

L'estructura atòmica de la fibra de carboni és similar a la del grafit, consistent en làmines d'àtoms de carboni ordenats en un patró regular hexagonal. La diferència està en la manera en què aquestes fulles s'entrecreuen. El grafit és un material cristal·lí on les fulles es situen paral·lelament les unes a les altres de manera regular. Les unions químiques entre les fulles és relativament feble, el que proporciona al grafit seva blanor i brillantor característics. La fibra de carboni és un material amorf: les làmines d'àtoms de carboni es col·loquen a l'atzar, estretes o juntes. Aquesta integració de les làmines de carboni és responsable de la seva alta resistència. La densitat de la fibra de carboni és de 1.750 kg / m3. És conductor elèctric i de baixa conductivitat tèrmica. A l'escalfar-se, un filament de carboni es fa més gruixut i curt. La seva densitat lineal (massa per unitat de longitud, amb la unitat * 1 tex = 1 g / 1000 m) o pel nombre de filaments per iarda, en milers.

PROPIETATS

Les propietats principals d'aquest material són:

• Molt elevada resistència mecànica, amb un mòdul d'elasticitat elevat.
• Baixa densitat, en comparació amb altres materials com ara l'acer.
• Elevat preu de producció.
• Resistència a agents externs.
• Gran capacitat d'aïllament tèrmic.
• Resistència a les variacions de temperatura, conservant la seva forma, només si s'utilitza matriu termostable.
• Les raons de l'elevat preu dels materials realitzats amb fibra de carboni es deuen a diversos factors:

El reforç, fibra, és un polímer sintètic que requereix un car i llarg procés de producció. Aquest procés es realitza a alta temperatura -entre 1100 i 2500 ° C en atmosfera d'hidrogen durant setmanes (o fins i tot mesos) depenent de la qualitat que es desitgi obtenir, ja que poden realitzar-se processos per millorar algunes de les seves característiques una vegada que es ha obtingut la fibra. L'ús de materials termoestables dificulta el procés de creació de la peça final, ja que es requereix d'un complex utillatge especialitzat, com el forn autoclau.

USOS

La fibra de carboni (FC) es va desenvolupar inicialment per a la indústria espacial, però ara, en baixar de preu, s'ha estès a altres camps on té moltes aplicacions: Principalment la indústria del transport i l'esport d'alta competició. En la indústria aeronàutica i automobilística, igual que en vaixells i en bicicletes, on les seves propietats mecàniques i lleugeresa són molt importants. També s'està fent cada vegada més comú en altres articles de consum com patins en línia, raquetes de tennis, edificis, ordinadors portàtils, trípodes i canyes de pesca i fins i tot en joieria .últimamente trobem l'FC fins a carteres de butxaca (moneders i carteres ), rellotges, escuts, actuacions de carrera, tractors, pales, etc.2 Elements que es poden elaborar amb la fibra de carboni:

• pròtesis
• Mitjans de transport
• construccions
• Cascos de motocicleta
• material esportiu
• drones
• instruments musicals
• Canyes de pescar de competició i o molt alta resistència.

APLICACIONS DE LA NANOTECNOLOGÍA EN L'INFORMÀTICA

En aquest darrer mes hem treballat en grups les aplicacions de la nanotecnología en diferents camps. Al meu grup l'hi ha tocat presentar les aplicacions en l'informàtica, i més concretament, jo he treballat l'apartat del grafè. De les aplicacions d'aquest material en l'informàtica és del que tracta aquest article.

Composició del Grafè

El grafè és una substància composta per carboni pur, amb àtoms disposats en un patró regular hexagonal, similar al grafit, un full d'un àtom és aproximadament 200 vegades més resistent que l'acer actual més fort i la seva densitat és aproximadament la mateixa que la de la fibra de carboni, és aproximadament 5 vegades més lleuger que l'alumini i una làmina d'1 metre quadrat pesa tan sol 0,77 mil·ligrams.

Les propietats del grafè són ideals per a utilitzar-lo com a component de circuits integrats. Està dotat d'alta mobilitat de portadors, així com de baix nivell de «soroll». Això permet que se li faci servir com a canal en transistors d'efecte camp (FET). La dificultat d'utilitzar grafè rau en la producció del mateix material en el substrat adequat.

A més, el grafè manca d'una banda de resistivitat, propietat essencial que li és inherent al silici. Això implica que el grafè no pot deixar de conduir electricitat: no es pot apagar.

APLICACIONS DEL GRAFÈ

• Cables d'alta velocitat

Investigadors de la Universitat de Cambridge van aconseguir que el grafè fos capaç de captar una gran quantitat de llum, el que es pot utilitzar en la creació de cables de fibra òptica molt veloços que es beneficien d'una altra de les propietats del material: els electrons es desplacen ràpidament en ell. Així, es creen cables de grafè que podrien moure informació centenars de vegades més ràpid que un d'actual, el que podria implementar-se en l'àrea de les telecomunicacions per a la instal·lació de xarxes més veloços, augmentant així la capacitat i rapidesa d'internet, la telefonia mòbil i en definitiva, totes les comunicacions que es duen a terme sobre el nostre planeta.

• Superbateries elèctriques

Potser un dels descobriments més emocionants és el relacionat al camp dels acumuladors elèctrics, on avui dia la tecnologia permet dispositius que funcionen durant poques hores fins requerir d'una càrrega elèctrica que pot durar unes altres diverses hores, degradant l'experiència d'ús en telèfons mòbils, tauletes i ordinadors portàtils.

• Pantalles tàctils flexibles

En ser capaç de conduir electrons de molt bona forma gairebé sense escalfar-se en el procés, investigadors de la Universitat de Texas i la Universitat de Corea del Sud van descobrir que una làmina de grafè pot usar-se en el desenvolupament de pantalles tàctils, aprofitant el fet que una làmina de grafè pot ser totalment transparent, ideal per posar per sobre un panell de píxels sense disminuir la brillantor de la seva retroil·luminat. A més, aquesta prima làmina de grafè sensible a la conducció elèctrica i que captaria els nostres tocs pot ser molt flexible, aportant al que podrien ser futures pantalles tàctils flexibles, el que bé podria acompanyar-se de la tecnologia OLED flexible per al desenvolupament d'aquesta classe de tecnologia.

• Auriculars i altaveus més que professionals

Qin Zhou i Alex Zettl són dos científics de la Universitat de Califòrnia que volen revolucionar el mercat de l'àudio gràcies als seus auriculars i altaveus de grafè. La idea és crear un diafragma fet de grafè que es col·loqui al mig de dos elèctrodes per crear un camp magnètic, després d'això el grafè vibra i produeix so. Segons els investigadors, sense molta feina posterior per "afinar" els auriculars i donar-los un tractament especial, es va aconseguir un so a l'una de productes actuals d'alta qualitat. I com el diafragma de grafè utilitza una làmina que és molt prima, la mida i pes del producte també pot ser molt reduït, de manera que podrien crear-se auriculars d'alta qualitat que al mateix temps siguin molt petits i lleugers.

• Càmeres fotogràfiques mil vegades més sensibles

Una càmera fotogràfica actual està composta, bàsicament, d'un lent pel qual passa la llum i que després arriba a un sensor, captant i transformant-la en informació digital. El que investigadors de la Nanyang Technological University a Singapur van aconseguir va ser crear un sensor fet de grafè, augmentant la sensibilitat del dispositiu unes mil vegades en relació a les tecnologies actuals CMOS o CCD. Estem parlant d'una millora escandalosament alta per al que són sensors utilitzats en càmeres professionals i compactes, permetent millors captures en condicions de poca llum i en general per a qualsevol ocasió. A més, aquests nous sensors de grafè consumeixen deu vegades menys energia i són cinc vegades més econòmics de produir en massa que els convencionals. 

L'ENGINYERIA DE MATERIALS

Com havia comentat en l'entrada anterior, en una de les xarrades sobre nanotecnología ens van parlar sobre l'enginyeria de materials, i és precisament sobre això del que tracta el següent article.

L'enginyeria de materials és una branca de l'enginyeria que es fonamenta en les relacions propietats-estructura i dissenya o projecta l'estructura d'un material per aconseguir un conjunt predeterminat de propietats. Aquesta enginyeria està molt relacionada amb la mecànica i la fabricació. Els objectius de l'Enginyer de Materials són dominar al màxim nivell les tècniques avançades de producció i transformació dels materials i ser capaç de contribuir al desenvolupament de materials nous i de nous processos de producció. En el món canviant de les noves tecnologies del segle XXI.

La ciència de materials classifica a tots els materials en funció de les seves propietats i la seva estructura atòmica. Són els següents:

• metalls
• ceràmics
• polímers
• materials compostos
• Semiconductors

QUÈ ÉS LA NANOTECNOLOGÍA?

Aprofitant que hem estat treballant la Nanotecnología a classe i que a més amés vam anar a uns tallers al Cosmo Caixa, he decidit fer una petita itroducció sobre el tema.

Representació animada d'un nanotub de Carboni

La nanotecnología és un camp de les ciències aplicades dedicat al control i manipulació de la matèria a una escala menor que un micròmetre, és a dir, a nivell d'àtoms i molècules. El més habitual és que tal manipulació es produeixi en un rang d'entre un i cent nanòmetres. Per fer-se una idea de la mida tan petita que pot ser un nanobot (un robot de proporcions microscòpiques fet amb nanotecnologia), més o menys, un de 50 nm té la mida de 5 capes de molècules o àtoms (depenent del que estigui fet el nanobot). 

La nanotecnologia es caracteritza per ser un camp essencialment multidisciplinari, i cohesionat exclusivament per l'escala de la matèria amb la qual treballa. La nanotecnologia promet solucions avantguardistes i més eficients per als problemes ambientals, així com molts altres enfrontats per la humanitat Promet beneficis de tot tipus, des d'aplicacions mèdiques noves o més eficients a solucions de problemes ambientals i molts altres, però el concepte de nanotecnologia encara no és molt conegut a la societat.

Un nanòmetre és la mil milionèsima part d'un metre (10^(-9) metres).

ESCALA NANOMÈTRICA

PELICULES DE CIÈNCIA FICCIÓ

Aprofitan que hem treballat la película de Contact a classe, he fet un recull de pelicules de ciencia ficció. Aquesta llista l'he fet a partir de les millors películes segons científics, les quals els han inspirat:

1. Interestellar: Aquesta película tracta sobre un grup d'astronautes que busquen un nou lloc per que pugi viure-hi la humanitat. S'hi tracten conceptes  de física com: els forats de cuc o els forats negres. Un dels primers elements amb el que topa l'expedició és el forat de cuc. El forat de cuc és un tipus d'anomalia gravitatòria, també coneguda com el pont d'Einstein-Rosen. A partir d'aquest forat de cuc, l'Endurance (la nau espacial en la qual viatgen) s'endinsa voltejant-la per tal d'entrar dins de l'anomalia i descobrir què hi ha a l'altra banda. El forat negre és una concentració de matéria d'altíssima densitat, tal que la seva força gravitatoria és tan elevada que la velocitat d'alliberament és superior a la velocitat de la llum. Per tant, res que es trobi dins del seu horitzó esdeveniments pot escapar-se'n, excepte per mitjà de l'efecte túnel quantic. El protagonista s'hi ha d'endinsar sol i això li comporta un desfassament temporal. 
2. The war of the worlds: La guerra dels mons és una película de Steven Spielberg estrenada l'any 2005 basada en la novela homònima de G.H. Wells publicada l'any 1898. La invasió de la Terra pels marcians i la terrible batalla que ha de lliurar la humanitat per sobreviure se centra en una família americana. Tot i semblar que no té fonaments científics ningú sap si hi ha vida extraterrestre i l'únic que fa aquesta película es imaginar un cas hipotètic d'invasió extraterrestre. El més sorprenent d'aquesta pelíclua és que estigui basada en una novela escrita al segles XIX. 
3. The Matrix: La película Màtrix fou escrita i dirigida pels germans Larry i Andy Wachowski l'any 1999, i l'argument de la qual recull bona part de l'herència literària d'autors com Orwell o Huxley. La pel·lícula està ambientada en el futur cap a l'any 2199 aproximadament. Hi ha una guerra entre humans i màquines. Les màquines han sotmès als humans adormint-los en cubículs, mantenint-los connectats en un món irreal, oníric i fals procedent d'un programa informàtic anomenat Matrix. En el món real sobreviu una colònia d'humans lliures, Sión, que intenta alliberar als que estan sotmesos en els cubículs. Han format un exèrcit amb soldats que han d'entrar a Matrix, així és com troben a Neo, el protagonista. Neo té dubtes, no sap quin mon és real i quin món és Matrix. Haurà de seguir els consells del capità Morfeu i de la soldat Trinity per descobrir-ho. Quant al problema de la llibertat es pot estudiar des de la seva vessant externa, (els humans dels cubicles no són lliures, ja que s'hi troben immòbils), o des de la vessant interna (és l'ésser humà lliure d'escollir el seu futur, la seva vida o hi ha un destí que predetermina tot el que succeirà?). Aquesta és la gran pregunta que té Neo al cap durant tota la saga, ja que es diu que ell és l'Escollit, el salvador de la humanitat. És el vell dilema de la filosofia cristiana entre el destí i el lliure albir.                                                                             
4. 2001: A Space Odyessy:  La pel·lícula del 1968, tracta temes com l'evolució humana, la intel·ligència artificial, el futur i la vida extraterrestre. Cal destacar-ne el realisme científic, l'ús per primera vegada de molts efectes especials que van marcar un abans i un després en el gènere de ciència-ficció.                                                                   
5. ARQ: La película estrenada aquest passat any 2016 desde la plataforma Netflix està ambientada en un futur distòpic, on un enginyer atrapat en una casa i envoltat per una misteriosa banda d'intrusos emmascarats ha de protegir una tecnologia que podria desenvolupar energia il·limitada i posar fi a les guerres que han consumit el món. Aquesta tecnologia ha creat un bucle temporal que fa que revisquin el mateix atac mortal al seu laboratori una i altra vegada. 'ARQ' ens transporta a un futur en el qual les grans empreses s'enfronten a les nacions pel control de les últimes fonts d'energia que queden encara a la Terra. Els joves enginyers Renton i Hannah estan tractant de salvar aquesta tecnologia que molt possiblement podria acabar amb les guerres.      
6. Arrival: és una pel·lícula nord-americana de drama i ciència ficció, dirigida per Denis Villeneuve, basada en el premiat relat La història de la teva vida de Ted Chiang. Quan naus extraterrestres comencen a arribar a la Terra, els alts comandaments militars demanen ajuda a una experta lingüista per intentar esbrinar si els alienígenes vénen en so de pau o suposen una amenaça. A poc a poc la dona intentarà aprendre a comunicar-se amb els estranys invasors, posseïdors d'un llenguatge propi, per trobar la veritable i misteriosa raó de la visita extraterrestre.