El uso del término smart es cada vez más común dentro de nuestro vocabulario. Palabras como smartphone, smartwatch o smart TV forman parte de nuestro día a día y hacen referencia a productos multifuncionales, capaces de realizar tareas más allá de las básicas.

En el caso de los materiales, también existen los denominados smart materials o materiales inteligentes, que son materiales que reaccionan ante diferentes estímulos externos. Dentro de este contexto, en el blog de hoy te contaremos con detalle que son capaces de hacer estos materiales, qué tipos de materiales inteligentes existen, algunas de sus aplicaciones y los beneficios que pueden aportar tanto a un producto como a un proceso industrial.

¿Qué son los Materiales Inteligentes?

Como adelantábamos, los materiales inteligentes, también conocidos como materiales activos o multifuncionales, son materiales capaces de reaccionar, de forma reversible o irreversible, ante diferentes estímulos externos. Por lo general, esta reacción, o respuesta, la llevan a cabo mediante la variación de una o varias de sus propiedades.

Los principales estímulos externos que pueden activar a estos materiales inteligentes son: cambios de temperatura, variaciones de humedad, compuestos químicos, variaciones de presión, pH, corriente eléctrica o campos magnéticos.

Por otro lado, la respuesta ejercida por estos materiales se presenta en forma de una variación de alguna de sus propiedades, como por ejemplo el color, la forma, el tamaño, la viscosidad, la disposición cristalográfica o la opacidad.

Tipos de Materiales Inteligentes

Dependiendo del estímulo que activa el material, o de su respuesta, existen diferentes tipos de materiales inteligentes. Además, atendiendo a su capacidad para volver al estado inicial, todos los materiales inteligentes se pueden clasificar como reversibles o no reversibles.

A continuación, os presentamos una clasificación de los materiales inteligentes más comunes de acuerdo a los estímulos que los activan y su respuesta:

Materiales cromoactivos. Este grupo de materiales inteligentes se caracteriza por su capacidad para cambiar de color ante un estímulo externo. Dependiendo del estímulo que activa al material, se distinguen los siguientes tipos:

 

    • Materiales termocrómicos. El cambio de color se produce tras una variación de temperatura. Este tipo de materiales está preparado para cambiar de color cuando sobrepasa un límite de temperatura establecido. Existe una gran variedad de colores y rangos de temperatura, por lo que son una de las opciones más interesantes dentro del ámbito industrial.

    • Materiales fotocrómicos. En este caso, el cambio de color del material se genera tras la exposición a una determinada luz. Por lo general, estos materiales se activan utilizando longitudes de onda del ultravioleta (UV).

    • Materiales hidrocrómicos. En los materiales hidrocrómicos, el cambio de color se produce cuando el material entra en contacto con agua.

    • Materiales electrocrómicos. Los materiales electrocrómicos consiguen cambios de color al pasar a través de ellos corriente eléctrica. Estos materiales, menos desarrollados que los anteriores, permiten tener un gran control a través de la electrónica.

    • Materiales halocrómicos. Los materiales halocrómicos son capaces de cambiar de color ante cambios de pH. Se utilizan desde hace años como indicadores de pH en laboratorios químicos.

Materiales fotoactivos. A diferencia de los anteriores, los materiales fotoactivos son capaces de emitir luz ante la acción de diferentes estímulos externos. Dentro de este grupo distinguimos los siguientes tipos:

 

    • Materiales electroluminiscentes. En estos materiales, se consigue la emisión de luz al conectarlos a corriente eléctrica. Ésto permite tener un control de su funcionamiento bastante preciso mediante electrónica.
    • Materiales fotoluminiscentes. En este caso, los materiales fotoluminiscentes son capaces de emitir luz ante la exposición a una determinada longitud de onda, normalmente dentro del rango del ultravioleta (UV).

Materiales con cambio de forma. Este tipo de materiales tiene la capacidad de modificar su forma cuando se le somete a un determinado estímulo, por lo general calor, tensión o humedad. Dentro de este grupo distinguimos:

 

    • Materiales con memoria de forma. Estos materiales son capaces de recuperar una forma inicial tras ser deformados. Un ejemplo claro de este tipo de materiales es el Nitinol, aleación de níquel y titanio.
    • Materiales autorreparables. Como su propio nombre indica, son materiales capaces de recuperarse de un daño sufrido. Para su recuperación suelen necesitar la acción de temperatura.

    • Materiales con cambio de volumen. Por último, los materiales con cambio de volumen son aquellos capaces de modificar su tamaño ante la acción de un elemento externo. Los metales con alto coeficiente de dilatación podrían considerarse materiales capaces de cambiar su volumen, sin embargo, el ejemplo más claro de este comportamiento es el hidrogel, capaz de aumentar su volumen hasta 400 veces en contacto con agua.

¿Existen otros materiales inteligentes? Sí, existen más tipos, pero no están tan desarrollados y no son aplicables para la industria en general. Para los más curiosos, os prepararemos otro post con algunos de ellos.

Aplicaciones de los Materiales Inteligentes

Como podéis observar, en la actualidad existe una gran variedad de materiales inteligentes. Por este motivo, el abanico de posibles aplicaciones que presentan es muy amplio. A continuación, os contamos algunas de las más interesantes:

  • Productos con nuevos diseños. La utilización de materiales inteligentes permite conseguir efectos diferenciadores que aportan un gran valor añadido al producto final. Un ejemplo claro son los materiales que cambian de color ante la luz del sol o al contacto con la temperatura de la mano.

  • Efecto WOW. Debido a su capacidad para cambiar alguna de sus propiedades, presentan gran interés en sectores como la publicidad. Mediante diferentes estímulos es posible lograr la aparición o desaparición de logos o imágenes. Aquí os dejamos un ejemplo de un Proyecto en donde hemos utilizado una tinta termocrómica para conseguir este efecto.

  • Elemento de seguridad. Una de las aplicaciones más interesantes para los materiales inteligentes es su utilización como sensores de aviso. En concreto, los termocrómicos pueden utilizarse como alerta de temperatura de riesgo. No necesitan corriente eléctrica y tienen un funcionamiento reversible, por lo que sus posibilidades son muy amplias.

     

  • Control de calidad. También resulta muy interesante su utilización como elementos para asegurar que un producto no ha estado fuera de las condiciones de trabajo recomendadas (temperatura, luz o humedad). Por ejemplo, si un producto no debe de estar en ambientes húmedos o en contacto con agua, se puede utilizar un elemento hidrocrómico que alerte de ello.
  • Productos multifuncionales. Gracias a los materiales inteligentes, es posible dotar a los productos de nuevas funcionalidades. Por ejemplo, un polímero convencional se puede modificar para que tenga la capacidad de emitir luz, autorrepararse o conducir la electricidad.

     

Beneficios/Ventajas de los Materiales Inteligentes

La principal ventaja que presentan los materiales inteligentes es que dotan al material de nuevas capacidades sin necesidad de sensores, actuadores o electrónica. Por este motivo, es posible conseguir productos que interaccionen con el medio o con las personas sin necesidad de que estén conectados a la red eléctrica.

Cómo introducir un Material Inteligente en un producto

En ATRIA, estudiamos cada caso con el máximo detalle para llevar a cabo cada uno de los Proyectos de materiales inteligentes. A continuación, os mostramos, de forma muy resumida, los principales pasos para incorporar un material inteligente a un producto o proceso.

  1. En función de las necesidades de nuestro cliente, seleccionamos el material o tecnología que mejor se adapte a cada caso. Dentro de esta selección, se contemplan varias opciones y se estudia la viabilidad técnica y económica de todas ellas.
  2. Desarrollo de materiales. En el caso de que no exista una solución en el mercado, en ATRIA desarrollamos soluciones personalizadas para cada caso.
  3. Preparación de prototipos a escala laboratorio. Una vez seleccionado el material, se preparan prototipos a escala laboratorio. Esta etapa resulta fundamental para evaluar la viabilidad de la idea.
  4. Realización de pruebas y ensayos. Con el fin de validar la solución propuesta, se realizarán todos los ensayos de funcionalidad y resistencia.
  5. Implementación industrial. Todos nuestros Proyectos tienen como fin la implementación industrial, por ello, la última etapa será adaptar la solución al proceso productivo de nuestro cliente.

 

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