¿Qué son los materiales con memoria de forma?

Hoy os traemos a nuestro blog un tipo de material con una importancia cada vez mayor, y no es otro que los materiales con memoria de forma.

Estos materiales tienen la particularidad de poder deformarse, y posteriormente recuperar su forma original al aplicarles un estímulo externo (normalmente la temperatura). Como mencionamos hace un tiempo en otro post , es un material inteligente .

Como ejemplo, ¿a quién no se le ha doblado un cubierto o un alfiler? ¿Os imagináis que con dejarlos en el radiador recuperaran su forma original? Con este tipo de materiales es posible, y sus ventajas no se quedan ahí.

¿Qué es?

Como hemos comentado, los materiales con memoria de forma, tras sufrir una deformación, pueden recuperar su forma original. Si lo describimos así, su comportamiento parece similar al de los materiales elásticos, pero en realidad son muy diferentes. Su singularidad radica en que cuando desaparece la fuerza que provoca la deformación, se mantiene su forma deformada, y es necesario elevar la temperatura del material para que vuelva a su estado original.

Esta recuperación de la forma original con la temperatura se debe al cambio de la estructura interna del material. Estos materiales suelen tener una disposición laminar y fibrilar a baja temperatura , que permite fácilmente deformaciones , ya que unas hojas pueden moverse con respecto a otras; esto se llama el estado martensítico. Cuando se calienta , el propio material empieza a tener una disposición cúbica mucho más rígida, que ya no permite el movimiento del material y por tanto tampoco las deformaciones; Esto se llama el estado austenítico. Esta transición de la estructura laminar a la estructura cúbica tiene tal fuerza que devuelve el material a su forma original y deshace todas las deformaciones sufridas. Una vez que se vuelve a bajar la temperatura, el material se dispone nuevamente en forma laminar y se puede deformar nuevamente. Este proceso es propio de la disposición atómica del material, lo que significa que puede repetirse innumerables veces sin afectar su comportamiento, y así evitar, por ejemplo, roturas mecánicas por desgaste o fatiga en sensores o válvulas.

¿Para qué sirven los materiales con memoria de forma en la empresa?

Para que estos materiales pasen de la fase martensítica a la fase austenítica, como hemos dicho, es necesario aumentar su temperatura. Esto se puede lograr proporcionando calor , o muy convenientemente, aplicando electricidad . El hecho de que la temperatura de estos materiales pueda aumentarse o disminuirse mediante electricidad, como hemos dicho, los convierte en candidatos ideales para actuar como actuadores o sensores. La recuperación de las deformaciones es siempre la misma a la misma temperatura, lo que significa que pueden servir como actuadores y sensores muy precisos. Además, las deformaciones que suelen producirse en estos materiales se realizan con mayor rapidez que en otro tipo de materiales utilizados habitualmente en este tipo de aplicaciones.

Hemos discutido que los materiales que cambian de forma pueden recuperar su forma original cuando se someten al calor y luego pueden deformarse nuevamente. Esto es muy conveniente para algunas aplicaciones, pero en otras como los actuadores, lo que se necesita es cambiar de una posición a otra, estando ambas fijas. es posible? La respuesta es sí, es posible, ya que existen materiales que cambian de forma y presentan dos memorias de forma a diferentes temperaturas . Esto hace posible configurar la geometría del material a dos temperaturas diferentes y conocidas, lo cual es muy conveniente.

Tipos de materiales de forma

Los materiales con memoria de forma más utilizados hasta el momento son los de naturaleza metálica . Entre ellos, el denominado Nitinol (aleación de Níquel y Titanio), es uno de los más utilizados por sus buenas propiedades. Aun así, existen otras aleaciones metálicas que también tienen memoria de forma, como las aleaciones de Cobre, Zinc y Aluminio (Cu-Zn-Al); Cobre, Aluminio y Níquel (Cu-Al-Ni); o Hierro, Manganeso y Silicio (Fe-Mn-Si).

Hasta hace poco tiempo, este tipo de materiales solo se obtenían de carácter metálico, pero las investigaciones en este campo que se han llevado a cabo en los últimos años han dado lugar a la aparición del plástico. materiales con memoria de forma. Estos, por su naturaleza plástica, son muy prometedores, por ejemplo, en aplicaciones donde se desean piezas más ligeras. Además, los materiales plásticos que cambian de forma o se autorreparan tienen propiedades similares a los materiales con memoria de forma.

Otro tipo de materiales de forma que todavía están en estudio y su uso no se ha expandido tanto son las cerámicas con memoria de forma. materiales ferromagnéticos con memoria de forma . Aun así, estamos seguros de que en el futuro todo este tipo de materiales tendrán un gran impacto.

Aplicaciones

Aquí te mostramos algunos ejemplos de su aplicación:

Una de las aplicaciones que empieza a expandirse ahora mismo es el uso de estos materiales para unión de tuberías. , sin necesidad de soldadura. El principio que se utiliza es simple, se toma un material con memoria de forma, se lo coloca dentro de los tubos y luego se le aplica calor para que recupere su forma original, con un diámetro mayor, para fijar sólidamente los tubos. La propia presión que ejerce el material del interior de los tubos hace que se peguen entre sí y sea muy difícil separarlos, en algunos casos resisten mejor que las soldaduras.

El mismo principio se utiliza, por ejemplo, en el sector sanitario para abrir obstrucciones. en el cuerpo. Se construyen pequeños stents que se pueden insertar en venas o arterias obstruidas y, cuando entran en contacto con el calor corporal, se expanden y permiten que la sangre vuelva a pasar.

Estas son algunas aplicaciones de estos materiales en geometrías tubulares, pero su campo de aplicación y posibles geometrías es muy amplio. Por ejemplo, se puede aplicar a las carrocerías de automóviles o aviones , para modificar su geometría mientras circulan y por tanto mejorar su aerodinámica , reduciendo así la cantidad de combustible que utilizan. Si pensamos en actuadores, cuya función es moverse de una posición a otra, ¡la gran mayoría en el futuro podría estar hecha de materiales que cambian de forma!

Actualmente podemos encontrar materiales con memoria de forma en equipos médicos y suministros para el cuidado de la salud, desde implantes dentales hasta herramientas quirúrgicas (son fáciles de esterilizar). También en objetos cotidianos , como los sujetadores con aros, que utilizan el calor del propio cuerpo para recuperar su forma, o en los colchones, que recuperan su forma después de sufrir deformaciones al sentarse sobre ellos. Como estos materiales son ligeros, resistentes y capaces de operar a altas temperaturas, también son muy utilizados en componentes aeroespaciales. como cohetes y sondas espaciales.

Por todas las posibles aplicaciones y ventajas que presentan estos materiales, creemos que en los próximos años darán mucho que hablar y los encontraremos cada vez más en más productos sin darnos cuenta, ya que están en pleno apogeo y están siendo estudiados cada vez más.

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