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

Estos materiales presentan la particularidad de poder ser deformados, y posteriormente recuperar su forma original al aplicar un estímulo externo (normalmente temperatura). Como ya os comentamos hace un tiempo en otro post, se trata de un material inteligente o Smart material.

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 son?

Como hemos comentado, los materiales con memoria de forma, después de 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 distintos. Su singularidad radica en que cuando la fuerza que provoca la deformación desaparece, su forma deformada se mantiene, 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 presentar a baja temperatura una ordenación laminar y fibrilar, que permite con facilidad las deformaciones, al poder moverse unas láminas respecto de otras; a esto se le llama estado martensítico. Al calentarse, el propio material pasa a tener una ordenación cúbica, mucho más rígida, que ya no permite el movimiento del material y por tanto tampoco las deformaciones; a esto se le llama estado austenítico. Esta transición de la estructura laminar a la estructura cúbica tiene tanta fuerza como para devolver al material su forma original y deshacer todas las deformaciones sufridas. Una vez se vuelve a bajar la temperatura, el material vuelve a ordenarse de forma laminar y puede volver a ser deformado. Este proceso es propio de la ordenación atómica del material, lo que quiere decir que se puede repetir un sinfín de veces sin verse afectado su comportamiento, y evitando así, que se den por ejemplo roturas mecánicas por desgaste o por fatiga en sensores o válvulas.

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

Para conseguir que estos materiales pasen de la fase martensítica a la fase austenítica, como hemos dicho, es necesario aumentar su temperatura. Esto se puede conseguir aportando calor, o muy convenientemente, aplicando electricidad. El hecho de que se pueda aumentar o disminuir la temperatura de estos materiales usando electricidad, como hemos dicho, los convierte en candidatos ideales para hacer de actuadores o sensores. La recuperación de las deformaciones es siempre la misma a la misma temperatura, lo cual hace que puedan servir como actuadores y sensores muy precisos. Además, las deformaciones que se suelen producir en estos materiales se llevan a cabo más rápido que en otros tipos de materiales utilizados con asiduidad en este tipo de aplicaciones.

Hemos comentado que los materiales de cambio de forma pueden recuperar su forma original al someterlos al calor, y luego se pueden deformar de nuevo. Esto es muy conveniente para algunas aplicaciones, pero en otras como los actuadores, lo que se necesita es cambiar de una posición a otra, siendo las dos fijas ¿es esto posible? La respuesta es sí, es posible, ya que hay materiales de cambio de forma que presentan dos memorias de forma a temperaturas distintas. Esto hace que se pueda fijar la geometría del material a dos temperaturas distintas y conocidas, lo cual es muy conveniente.

Tipos de materiales de forma

Los materiales de memoria de forma más extendidos hasta ahora son los de naturaleza metálica. Entre ellos, el denominado Nitinol (aleación de Níquel y Titanio), es uno de los más utilizados debido a sus buenas propiedades. Aun así, existen otras aleaciones metálicas que también presentan memoria de forma, como pueden ser 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, este tipo de materiales solo se conseguían de naturaleza metálica, pero la investigación en este campo que ha habido en los últimos años ha propiciado la aparición de materiales con memoria de forma plásticos. Estos, debido a su naturaleza plástica, son muy prometedores, por ejemplo, en las aplicaciones en las que se desean piezas más ligeras. También los materiales plásticos de cambio de forma o los autorreparables presentan propiedades similares a los materiales de memoria de forma.

Otros tipos de materiales de forma que todavía están bajo estudio y no se ha expandido tanto su uso son las cerámicas de memoria de forma y los materiales ferromagnéticos de memoria de forma. Aun así, estamos seguros de que en el futuro todos estos tipos de materiales tendrán una gran repercusión.

Aplicaciones

Aquí os dejamos algunos ejemplos de su aplicación:

Una de las aplicaciones que se está empezando a expandir ahora mismo es la de usar estos materiales para unir tubos, sin necesidad de usar soldaduras. El principio utilizado es simple, coges un material con memoria de forma, lo colocas dentro de los tubos, y luego le aplicas calor para que recupere su forma original, de diámetro mayor, para fijar así sólidamente los tubos. La propia presión que ejerce el material desde el interior de los tubos hace que estos queden unidos y sea muy difícil separarlos, llegando a resistir en algunos casos mejor que las soldaduras.

El mismo principio se usa por ejemplo en el sector sanitario para abrir obstrucciones en el organismo. Se construyen pequeños stents que pueden insertarse en venas o arterias obstruidas, y al estar en contacto con el calor corporal, se expanden, dejando pasar de nuevo la sangre.

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

Actualmente, podemos encontrar materiales con memoria de forma en equipos médicos y material sanitario, desde implantes dentales hasta herramientas quirúrgicas (son fáciles de esterilizar). También en objetos de uso cotidiano, como sujetadores con aros, que usan el propio calor corporal para recuperar su forma, o colchones, que recuperan su forma tras sufrir deformaciones debidas a sentarnos o tumbarnos encima. Al ser estos materiales livianos, resistentes y capaces de operar a altas temperaturas, también son ampliamente utilizados en componentes aeroespaciales tales como cohetes y sondas espaciales.

Debido a todas las posibles aplicaciones y ventajas que presentan estos materiales, creemos que en los próximos años darán mucho de qué hablar y las iremos encontrando cada vez en más productos sin darnos cuenta, ya que están en pleno auge y se están estudiando cada vez más.

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