Tecnología

Materiales inteligentes: científicos argentinos fueron reconocidos en Alemania

Los materiales con memoria de forma pueden transformarse de una forma a otra, y regresar a su estructura original. Tres docentes del Instituto Balseiro recibieron una distinción en Alemania por su trabajo en este campo

19 Jul 2019

En películas como Terminator II y Los Increíbles, los materiales con memoria de forma asombran a las audiencias por su maleabilidad para recobrar sus formas originales. En el mundo real, desentrañar, comprender y controlar lo máximo posible cuáles son los mecanismos a nivel atómico que hacen posible que un material cambie y recupere su forma es un campo en el que trabajan muchos científicos de forma interdisciplinaria.

En el congreso "Tecnologías de Memoria de Forma y Superelasticidad" (SMST, por sus siglas en inglés), realizado en mayo en Alemania, dos físicos y un ingeniero nuclear argentinos fueron reconocidos por un artículo publicado en una revista referente en esta temática, Shape Memory and Superelasticity. Su artículo recibió el "Premio al mejor paper de 2018" de esa revista.

Los científicos reconocidos se llaman Jorge Pelegrina, Alejandro Yawny y Marcos Sade. Los tres viven en Bariloche, y son egresados y docentes del Instituto Balseiro, además de ser investigadores de la División Física de Metales de la Comisión Nacional de Energía Atómica en el Centro Atómico Bariloche (CAB) y miembros del CONICET. El Instituto Balseiro es una institución de educación pública dependiente de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo).

En el citado artículo de la revista Shape Memory and Superlasticity, los autores reportaron ciertos hitos de la historia de la ciencia de las aleaciones de cobre con memoria de forma, que atraviesan cambios que se denominan "transformaciones martensíticas". Además, presentaron novedosos resultados que ayudan a comprender mejor este tipo de fenómenos.

Las "transformaciones martensíticas", llamadas así en honor al científico Adolf Martens, consisten en cambios de las estructuras de los materiales con memoria de forma. El trabajo de Pelegrina, Sade y Yawny busca conocer más detalles de este tipo de fenómenos.

En su artículo, reportan además la utilización reciente de un modelo computacional y la realización, en sus laboratorios de Bariloche, de varios experimentos para estudiar los efectos de cambios de estímulos, por ejemplo de la temperatura, en esos materiales.

El número de la revista en la que se publicó el paper había sido dedicado a Jan van Humbeeck, científico belga que es un referente mundial en el campo y además es colaborador histórico de los investigadores de Bariloche y de su grupo de trabajo.

De hecho, el mentor de Van Humbeeck, Luc Delaey, fue quien primero inició los lazos de colaboración científica con Manfred Ahlers, director de las respectivas tesis doctorales de Sade y Pelegrina y un pionero en Bariloche en el trabajo sobre aleaciones con efecto memoria, en especial con aquellas que tienen al cobre como principal componente.

"Estas transformaciones se caracterizan por desplazamientos atómicos coordinados entre sí y de magnitud mucho menor que las distancias que separan a los átomos habitualmente en un sólido", define Marcos Sade, que se recibió de licenciado en Física en 1980 y se doctoró en Física en 1985 en el Instituto Balseiro.

Según agrega Sade, aquí tienen lugar la fase austenita, cuando el material se encuentra a una mayor temperatura, y la fase martensita, cuando se expone el material a una menor temperatura. Esa transformación también se puede lograr aplicando una fuerza.

En otras palabras, un material hecho con una aleación metálica y que se encuentra en una fase o estructura llamada austenita se puede "deformar", convirtiéndose en otra fase llamada martensita, alterando su forma de modo temporario, para luego retornar a su estructura original, austenita, mediante un simple calentamiento.

Algunas aleaciones con efecto memoria también pueden desplegar el "efecto pseudoelástico o superelástico", por el cual el material soporta una deformación al aplicarle una fuerza; y al quitar esa fuerza la deformación desaparece, al mejor estilo de la película infantil Los Increíbles, donde la madre de una familia de superhéroes utiliza un traje con propiedades superelásticas.

En medicina, en la vida real, este tipo de materiales inteligentes es muy valorado, como por ejemplo en los "stents", que son dispositivos fabricados con aleaciones de níquel y titanio que se usan en cirugías cardiovasculares.

Ahora bien, en el artículo publicado en la revista Shape Memory and Superlasticity, Pelegrina, Yawny y Sade también destacan cómo el fenómeno de la "difusión atómica", que no interviene directamente en las transformaciones de este tipo de materiales, puede influir de forma indirecta de todos modos en los efectos estudiados.

La difusión atómica consiste en el movimiento y la ubicación de átomos a distancias mayores que una distancia interatómica, y se utiliza para tratar y optimizar de forma térmica aleaciones de metales utilizados en las industrias automotriz, aeronáutica, ferroviaria y naviera entre muchas otras.

Las investigaciones realizadas por Delaey y Van Humbeeck, y también por Ahlers y sus discípulos en el Centro Atómico Bariloche, demostraron que las estructuras que participan de ese tipo de transformaciones y del efecto memoria de forma pueden sufrir de todas maneras los efectos de los fenómenos difusivos. Esto altera las propiedades del material y puede complicar las transformaciones posteriores.

En el trabajo reportado en la citada revista, Pelegrina, Yawny y Sade reportan asimismo los resultados de su investigación en torno a tres efectos de la difusión térmica en las fases austenita y martensita de dos tipos de materiales inteligentes hechos en base a aleaciones de cobre: con zinc y aluminio; o con aluminio y berilio.

Para ello, no sólo usaron un modelo computacional alterando distintas configuraciones del orden atómico sino que también obtuvieron datos a partir de experimentos y observaciones de las estructuras atómicas de estos materiales en el laboratorio.

Así, mientras las películas siguen asombrando con personajes que utilizan materiales inteligentes de un modo aún de ficción, los científicos en el mundo real avanzan con la búsqueda de conocimiento para encontrar nuevas aplicaciones. 

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