Química y Ciencia de Materiales


Una de las principales aportaciones de la Química al desarrollo tecnológico de las sociedades modernas ha sido su contribución al descubrimiento y elaboración de todos los tipos de materiales con los están hechos todos los objetos de los que se sirve la humanidad. Algunos de los procedimientos químicos y/o termoquímicos más antiguos de elaboración de materiales, que sin saberlo utilizaron nuestros antepasados, dieron lugar al descubrimiento de la cerámica primero y de la metalurgia del cobre y del hierro poco después; así como a la manipulación química de pieles, de fibras vegetales, de tejidos, y de primitivos materiales naturales de construcción.

De acuerdo con su naturaleza química, éstos son precisamente los tres grandes grupos de materiales utilizados por la humanidad: los óxidos inorgánicos (cerámica, vidrio, etc.), los elementos en estado metálico (los metales) y los materiales de naturaleza orgánica (basados en la química del carbono), tanto naturales como sintéticos (polímeros).
Con las únicas excepciones de importancia del acero y del cemento, los materiales utilizados por la humanidad hasta el siglo XIX eran básicamente los mismos que los conocidos 2000 años antes. Fue necesario el espectacular desarrollo de la Química, la Física y de otras ciencias básicas en el siglo XIX y primeros años del XX, para que el conocimiento y uso de los materiales pasara de ser una habilidad tecnológica heredada a convertirse en una verdadera disciplina científica: la moderna Ciencia de Materiales, que ha dado lugar a la aparición de los nuevos materiales actualmente en desarrollo….
Para los físicos, el camino para aceptar la “nueva” ciencia, comenzó con la aparición de la Física del estado sólido como una actividad científica respetable. Las primeras tentativas comienzan en los años 30, y avanzan hasta el desarrollo de los semiconductores en los años 40 y 50. Considerablemente después, ya en los años 80, los químicos se vieron atraídos por la necesidad de rápidos y sofisticados avances en el procesamiento de materiales. Puede ser que los químicos fuesen los últimos en llegar, pero compensaron su retraso con la intensidad de sus investigaciones.
Teniendo en cuenta sus orígenes, la Ciencia de Materiales puede ser considerada, por tanto, como una ciencia multidisciplinar. Hoy en día, reúne los conocimientos y experiencias procedentes de la física, la metalurgia, la ciencia de los polímeros, la ingeniería química, la geología e incluso de la biología.
Los materiales usados en semiconductores y circuitos integrados, los electrocerámicos, como varistores y materiales fosforescentes, los superconductores cerámicos de alta temperatura, etc., dependen críticamente del control de la naturaleza y localización microestructural de los dopantes. Pero una vez que los dopantes (trazas) están el lugar adecuado, es necesario comprobar su concentración y localización. Esta necesidad coincidió, a finales de los años 50, con el desarrollo de la microsonda electrónica, probablemente uno de los más importantes instrumentos inventados y puestos al servicio de la Ciencia y Tecnología de Materiales. Esta fue la primera de una serie de innovaciones en la caracterización de materiales. Posteriormente, el desarrollo de técnicas como la microscopía electrónica de transmisión, el análisis térmico diferencial, la microscopía de efecto túnel, las distintas espectrometrías, etc. ha llegado a ser crucial para el progreso de este campo científico.
El trabajo con alguno de estos instrumentos necesita apoyarse en un desarrollo teórico, a menudo complejo, para que sea posible entender y explotar sus hallazgos. Así, una vez más, la investigación teórica marchó de la mano de la innovación experimental.
En los inicios de la breve historia de la Ciencia de Materiales, los primeros objetos de estudio fueron los heredados de las ciencias originarias, como la constitución de las aleaciones, las transformaciones de fases y los comportamientos mecánicos, etc. Actualmente, la Ciencia de Materiales ya no trata tanto de la producción de nuevos materiales primarios, como los metales puros o los polímeros, como del desarrollo de nuevosmétodos de procesamiento altamente sofisticados, para convertir las materias primas en nuevos materiales complejos y por tanto con nuevas aplicaciones funcionales.
Hay quienes piensan que todos los descubrimientos importantes en este campo están ya hechos. Ante esta desesperanza, Robert W. Cahn hace referencia a una frase que pronunció David Turnbull, cristalógrafo y científico de materiales, en una conferencia celebrada en 1980: “Dentro de 10 o 15 años, habrá una conferencia como ésta en la que algunos jóvenes demasiado entusiastas e inexpertos para pensar que ya todo está hecho, describirán materiales y procesos que ahora mismo no podemos ni sospechar”.

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