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Ciencia y Tecnología

Materiales que tienen memoria

El especialista Jorge Malarría, integrante del Instituto de Física Rosario, explica qué son, cómo se forman y para qué se utilizan los llamados materiales con memoria de forma. “No son del futuro, sino que son del presente”, aclaró.


La “memoria de forma” es una propiedad con que cuentan algunos materiales y se basa en la posibilidad de recuperar su forma después de una deformación con un estímulo externo, es decir, el material “recuerda” su forma original. Para que se produzca dicho efecto, el material necesita un estímulo físico externo, el que generalmente suele ser térmico.

“Hay un conjunto de materiales metálicos que cuentan con la propiedad de deformarse a través de un cambio estructural que es reversible. Pueden ser deformados por la aplicación de un esfuerzo y podemos recuperar la forma original liberando esa fuerza que se ha aplicado; o bien, si esa deformación es permanente, se le aplica un incremento de temperatura y el material recupera su forma original. Éste es el efecto memoria”, explica a El Ciudadano Jorge Malarría, integrante del Instituto de Física Rosario (Ifir), con formación de grado en Rosario y un doctorado en Bariloche, en el Instituto Balseiro, lugar donde se quedó a trabajar hasta que pudo viajar a Francia para hacer un posdoctorado y una especialización en aleaciones, labor que continúa desarrollando en el país.

La gran mayoría de los metales tienen una estructura cristalina “en la que los átomos que constituyen la materia se ordenan de una manera regular; como las estructuras de hormigón que soportan un edificio, por ejemplo; en cada nodo de los que conforman ese esqueleto, tenemos átomos que se apilan formando una estructura regular, una geometría ordenada; es como si apiláramos cubos y en cada vértice tenemos un átomo que da regularidad a la estructura”, se explaya Malarría.

—¿Se puede argumentar que el ser humano usa estos materiales porque de alguna manera son de comportamientos previsibles?

—Sí. Se trata de materiales previsibles. Nunca se rebelan; está todo controlado. Son estructuras cristalinas, ordenadas, que pueden tener una base de ordenamiento geométrica y, a la par, hay otras que son más complejas, como las del grafeno.

No se puede negar que Malarría es docente, y con espíritu gráfico toma un clip y lo dobla para preguntarse: “¿Qué pasa cuando deformamos un metal como el de este clip, doblándolo?”; y él mismo responde: “Lo que pasó es que las estructuras de átomos ordenados cuando aplicamos el esfuerzo se deslizaron. Si imaginamos el edificio veríamos que el piso 8 deslizó sobre el piso 7. Es decir, la estructura quedó doblada por deslizamiento de esas capas de átomos. Esa es la manera en que se deforman los metales y esto no vuelve a su forma anterior; por más calor que usemos, no hay vuelta atrás, no se reintegra su forma anterior”.

—¿Y qué ocurre con los materiales que sí tienen “memoria de forma”? ¿Por qué al aplicarle calor vuelven a su forma original?

—Porque la deformación de esos materiales no ocurre por deslizamientos de sus estructuras, sino que solamente se altera la distancia relativa entre sus átomos y los ángulos relativos entre las líneas que los van vinculando. Como si pudiéramos imaginar que, teniendo un cubo, lo transformamos en una caja de zapatos. El cubo se ha estirado. No hubo deslizamiento sino que los átomos cambiaron sus posiciones pero conservando la vecindad cercana entre ellos.

—¿La estructura es la misma?

—No, no lo es. Se ha transformado en otra estructura; lo que no hay es deslizamientos y los átomos conservan a sus vecinos. En el deslizamiento del hormigón, por ejemplo, ese cambio se hace estable y ya es difícil de revertir. En el caso de los materiales con memoria de forma, si bien hay cambio de estructura, como sus átomos no recorren grandes distancias relativas se conserva un parentesco con la condición previa; esa nueva estructura permite ser revertida al ser sometida a una fuente de calor y vuelve a su estructura original.

—¿Para qué puede servirnos este fenómeno en nuestra vida cotidiana?

—En los años 50, un laboratorio naval norteamericano desarrolló lo que se conoce como nitinol, una aleación de níquel y titanio, y es el ejemplo más conocido de las llamadas aleaciones con “memoria de forma”. Fue puesto en práctica con los aviones de guerra que necesitaban ser reprovistos con combustible en pleno vuelo. Para lograr con éxito y seguridad esta operación delicada, se requería de un material que permitiera su expansión y la posterior reversión del material para que se sellara brindándole seguridad y eficiencia a una operación que de otro modo se convertiría en peligrosa. De este modo, el sistema de metales con “memoria de forma” adquirió fama internacional. La comunidad científica comenzó a fijar su atención en este fenómeno y se priorizó su estudio con el fin de conseguir otros materiales que pudieran ser factibles del mismo proceso de transformación. Esta nueva aleación de níquel-titanio comenzó a utilizarse en aplicaciones en medicina, donde los stends son un ejemplo; ya que los mismos se colocan en un estado de formación que hace que al entrar en contacto con una fuente de temperatura se expandan y liberen la obturación de la arteria. Allí se pudo comprobar la segunda gran propiedad de estos materiales: la superelasticidad.

Esta propiedad ha permitido el desarrollo de materiales para odontología que son usados en las técnicas de nuevas ortodoncias. “También la limas helicoidales para tratamiento de conducto –interviene Malarría–, ya que esta aleación le da a las nuevos instrumentales flexibilidad y elasticidad. Como ejemplo, basta decir que el rango de deformación puede ascender a un 10 por ciento, volviendo a su forma anterior; cualquier otro material que no tenga este tipo de aleación soportaría una deformación de hasta un uno por ciento”, dijo.

También este tipo de material con aleación níquel titanio es usado en óptica para hacer los puentes de anteojos.

El objetivo de elaborar productos e instrumentales con esta aleación es brindar seguridad, pero sobre todo confort. Por eso se han incorporado a piezas en el armado de vehículos en la industria automotriz, ya que estos materiales absorben gran cantidad de energía sin partirse. Se los usa en carrocerías y estructuras de defensa, como paragolpes, para dar más seguridad a las personas. También los requiere la actividad satelital para las antenas que a la hora de los lanzamientos tienen que estar replegadas y una vez el satélite en órbita se despliega para que cumpla con su función.

“No son materiales del futuro sino del presente”, afirma Malarría.

El efecto de memoria de forma no rompe ningún paradigma y puede explicarse por las leyes de los materiales y la termodinámica, la que funda esta afirmación en lo que se conoce como “transformación de fase de primer orden” de la termodinámica. “Al igual que el agua, que al calentarse pasa de líquido a vapor”, concluye Malarría.

La era del hierro

“Esta transformación en los materiales lleva el nombre de Martens, un alemán que a fines del siglo XVIII y con el desarrollo de los primeros microscopios ópticos, pudo identificar estas figuras en los aceros; las que son responsables del endurecimiento de los mismos. Los aceros llamados ‘martensíquicos’ son los aceros que han adquirido un endurecimiento que lleva su nombre pero que se conoce desde hace más de tres mil años. Esta transformación les permitió a los hititas sobrevivir a las conquistas de los griegos y los egipcios. Los hititas manejaban la transformación que Martens describiera varios siglos después. Seguramente su descubrimiento fue por azar, al manipular la espada en el fuego y su posterior contacto con el agua donde se logra la dureza de un arma que los haría invencibles; a partir de lo cual mantuvieron el secreto como un asunto de vital estrategia para quienes entraron a la era del hierro cuando sus rivales permanecían en la edad de bronce e hizo que resistieran a todos los intentos de conquista, simplemente por haber adquirido un plus de tecnología, hallado por azar”, sentencia Jorge Malarría.

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