CIENCIA › DIáLOGO CON FERNANDO AUDEBERT, DOCTOR EN INGENIERíA

Materiales demasiado resistentes

El hipotético jinete se siente perdido en el mundo de la materia, cristales, nanomateriales y cuasi-cristales. Le resultan lianas y enredaderas en la inhóspita selva de la empiria, que algunos llaman tecnología y otros el mundo real.

 Por Leonardo Moledo

Pero igualmente insiste, hurga, indaga y se encuentra con que no es en el fondo de la materia, donde reinan los neutrones, los protones, los quarks, que tanto le gustan, sino en las formas en que la materia se ordena (y a veces se rompe), en los notables ordenamientos que adopta al pasar de líquida a sólida, y especialmente al ser capturada en ese trance, en ese duro tránsito, donde aparecen los sólidos platónicos, que confundieron de tal manera a Kepler y le hicieron imaginar un universo fantástico y a todas luces inexistente.

–Usted es el director del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la UBA.

–Sí, pero además tengo a cargo la escuela de graduados de metalurgia y soy director del Cididi (acuerdo entre la Facultad y el gobierno para hacer un Centro de Investigación, Desarrollo, Innovación y Diseño en Ingeniería).

–Bueno, ¿y qué hace?

–Dirijo un grupo con el cual trabajamos en materiales novedosos en cuanto a la estructura que tienen. Algunos son amorfos, es decir que no tienen una estructura ordenada de átomos; otros son nanomateriales, partículas muy pequeñas; y mezclamos materiales metálicos, cerámicos y polímeros. Ahora, por ejemplo, estamos trabajando para hacer una célula de combustible cerámica con hidrógeno y en el área de metales los puntos fuertes son aleaciones de aluminio, que tienen estructuras muy particulares. Tienen un orden icosaédrico, se ordenan como icosaedros, uno de los sólidos platónicos, regulares, de veinte caras iguales.

–Es raro eso, ¿no?

–Sí, se genera de acuerdo con el procesamiento con el cual uno obtenga el material.

–¿Y qué pasa con esos materiales nuevos? No los nanomateriales, que están muy de moda, sino los amorfos.

–Lo que pasa es que entre amorfos y nanomateriales se da lo que se llama una estructura metaestable. Los átomos no están en su posición más estable dentro de la materia, aunque tienen una capacidad energética interior que les permitiría caer a la posición más estable. Según el tipo de procesamiento que uno le aplica (desde el líquido cuando se lo enfría rápido, o con procesamientos termodinámicos diferentes) logra ese tipo de ordenamientos extraños. Manipulando así la materia se abrió un panorama en la metalurgia que permite lograr y mezclar todo tipo de ordenamientos con los cuales se consiguen propiedades muy distintas de las conocidas hoy en día.

–¿Por ejemplo?

–Por ejemplo, muy altas resistencias mecánicas. En el caso del aluminio, y entre los 300 y 400 grados, se alcanza la resistencia del titanio, y ésa es una ventana que no cubre ningún otro material liviano.

–¿Esas estructuras son estables?

–Metaestables, como le dije. Nosotros congelamos del líquido al sólido muy rápidamente. Yse obtienen cosas muy raras. Lo que ocurre es que la ciencia había estudiado muy bien los productos inicial y final del proceso de congelamiento, pero no los procesos intermedios entre el estado líquido y el sólido. Lo que hacemos es congelar rápido en esos estados intermedios, y en esos estados intermedios se descubrió un mundo nuevo.

–Y esas estructuras dependen de la composición química, supongo.

–De la composición química y de cómo uno lo va solidificando.

–Y de las impurezas...

–En el laboratorio se eliminan las impurezas accidentales. Digamos que las impurezas de los materiales son intencionales. Cuando uno hace un desarrollo, en primer lugar trabaja con un aluminio muy puro. Después, en una segunda etapa, vemos qué pasa con un aluminio comercial, cuáles son las diferencias con el que tiene un gran grado de pureza. Ese es el embrión de un proyecto de transferencia tecnológica.

–¿Ya está ese proceso de transferencia tecnológica?

–Tenemos una patente en eso, con la Universidad de Oxford, en esos aluminios de aleaciones nano-cuasi-cristalinas. Uno de los tipos de cuasi-cristales son los icosaedros de los que le hablaba.

–Qué cosa rara, ¿no?

–Sí... cosa rara que fascinó a muchísimos científicos. Kepler imaginó su universo de acuerdo con los sólidos platónicos (uno de los cuales era el icosaedro), los pitagóricos lo tenían como elemento místico.

–¿Por qué no cuenta, ahora, lo que es un cristal y lo que es un cuasi-cristal?

–Dentro de la materia los átomos están ordenados de alguna manera. Los físicos y los cristalógrafos empezaron a estudiar cómo se llenaba un espacio dentro de una materia. Se podía llegar a llenar un espacio con hexágonos. Había ciertas formas con las cuales se podía cubrir un espacio de forma ordenada, y eso era lo que se llamaba cristal. La idea era que si yo tomaba una partícula y la movía, siempre a la misma distancia tenía que haber una posición donde yo encontrara un átomo. Eso es el ordenamiento de un cristal. Pero...

–¿Pero?

–Había también otras figuras. Por ejemplo, si tomo un pentágono y lo llevo a un volumen, eso me da un icosaedro o un dodecaedro, y con ellos no se puede cubrir completamente un espacio. Quedan intersticios, agujeros. Y resulta que con esta técnica de enfriado rápido se descubre en 1984, que efectivamente había icosaedros. ¿Cómo puede ser que esté lleno eso?

–No lo sé, honestamente... El cuasi-cristal sería algo que en parte es cristalino, en el sentido en que usted lo explicaba, y en parte no.

–Algo así. Un cristal tiene un ordenamiento periódico y otros materiales tienen un ordenamiento, pero no es periódico. Lo que tiene un orden, y no es periódico, es cuasi-cristalino. Tiene un orden distinto. Se encuentran órdenes rotacionales, pero nunca traslacionales.

–Vamos un poco al meollo físico. Yo tengo un material cualquiera. Cuando el material se enfría, adopta una estructura cristalina o cuasi-cristalina. Pero todo ese momento de enfriamiento es lo que ustedes estudiaron y capturan. Ustedes capturan períodos intermedios.

–Pero no se sabe perfectamente cuándo va a ocurrir eso. Yo me centro en el líquido. Tomo el aluminio, le pongo hierro: primero veo qué tipo de asociaciones forma el aluminio. Ahora, ¿qué pasa cuando le meto hierro? Entra una partícula más chica, con una energía diferente. El hierro se pone en el centro y los átomos de aluminio alrededor.

–Y obtienen un material...

–Que, por la cantidad de hierros que yo le pongo, tiene partículas icosaédricas. Y el resto es aluminio.

–Y eso da un material mucho más resistente que el aluminio.

–Así es. Llega más o menos a la resistencia del titanio en temperaturas que van del 200 al 400 en grados centígrados, como le dije.

–Y eso tratan de hacer con todos...

–Hay otras cuestiones. A veces el material es tan resistente que llega a ser frágil. Como no acepta ninguna deformación, directamente se rompe. Otro punto de estudio es cómo hacer que esos amorfos sean dúctiles. La idea es estudiar cómo se puede introducir algún elemento cristalino o cuasi-cristalino dentro de esa matriz amorfa. Eso lo hacemos con magnesio.

–¿Alguna otra línea de trabajo?

–Trabajamos con implantes dentales. Para que haya una integración con el hueso, los osteocitos se tienen que adosar al titanio y tomarlo como una identidad, para adosarlo al hueso. En un tornillo, normalmente un 40 por ciento de la superficie del tornillo actúa para oseointegración. Hay dos formas de aumentar este porcentaje. Una es tener una cierta rugosidad para que el hueso se enganche. La otra es darle una especie de afinidad química mediante recubrimientos de la superficie, que el hueso reconoce como más afín y lo adosa mejor. Hoy en día se mete en un líquido reactivo o se lo bombardea con partículas, pero ninguna de esas es muy efectiva. Nosotros estamos probando hacerlo con láser, y estamos logrando crecimientos mayores a los normales.

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Fernando Audebert es el director del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la UBA.
Imagen: Sandra Cartasso
 
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