Por "metamaterial" se entiende un material compuesto con estructuras diseñadas artificialmente que demuestran propiedades físicas extraordinarias que no se encuentran en los materiales naturales.
Surgidos en el siglo XXI, los metamateriales representan una clase de nuevos materiales que poseen propiedades especiales ausentes en los materiales naturales, propiedades que se originan principalmente a partir de estructuras únicas diseñadas artificialmente.
El concepto de diseño de los metamateriales es innovador. Esta idea se basa en romper las limitaciones de ciertas leyes naturales aparentes mediante el diseño de diversas estructuras físicas, consiguiendo así funciones materiales extraordinarias.
El concepto de diseño de metamateriales sugiere que, sin violar las leyes físicas básicas, el ser humano puede crear artificialmente "sustancias nuevas" con propiedades físicas extraordinarias y claramente distintas de las de la naturaleza, lo que lleva el diseño y desarrollo de materiales funcionales a un terreno completamente nuevo.
Ejemplos típicos de "metamateriales" son los "materiales zurdos", los cristales fotónicos, los "materiales supermagnéticos" y el "agua metálica".
Scott White, de la Universidad de Illinois, ha desarrollado un tipo de plástico biomimético con capacidad de autocuración. Este polímero incorpora un "sistema vascular" hecho de líquido. Cuando se daña, el líquido se filtra como la sangre y se coagula.
A diferencia de otros materiales que sólo pueden reparar grietas diminutas, este plástico biomimético puede reparar fracturas de hasta 4 milímetros de ancho.
Una empresa llamada Alphabet Energy ha desarrollado un generador de calor que puede insertarse directamente en el tubo de escape de un generador común, convirtiendo así el calor residual en electricidad utilizable.
Este generador emplea un material termoeléctrico relativamente barato y natural conocido como tetraedrita, del que se dice que alcanza una eficiencia de 5-10%.
Los científicos investigan actualmente un material termoeléctrico de mayor eficacia llamado Skutterudita, un mineral que contiene cobalto.
Los materiales termoeléctricos ya han empezado a utilizarse a pequeña escala, por ejemplo en naves espaciales.
Sin embargo, la skutterudita, con su bajo coste y alta eficacia, puede utilizarse para recubrir los tubos de escape de coches, frigoríficos o cualquier maquinaria.
Además del silicio cristalino, las perovskitas también pueden servir como materiales alternativos para la fabricación de células solares.
En 2009, las células solares producidas con perovskitas presentaban una tasa de conversión de energía solar de 3,8%. En 2014, esta cifra había aumentado a 19,3%, acercándose a la eficiencia de más de 20% de las células tradicionales de silicio cristalino.
Los científicos creen que aún hay potencial para mejorar las prestaciones de este material.
Las perovskitas son una categoría de materiales definidos por una estructura cristalina específica, que pueden contener cualquier número de elementos, normalmente plomo y estaño para aplicaciones de células solares.
En comparación con el silicio cristalino, estas materias primas son mucho más baratas y pueden pulverizarse sobre vidrio, lo que elimina la necesidad de un montaje meticuloso en salas blancas.
Los aerogeles pueden fabricarse a partir de diversas sustancias, como dióxido de sílice, óxidos metálicos y grafeno.
Debido a que el aire constituye la mayor parte de su volumen, los aerogeles sirven como aislantes excepcionales. Su estructura también les confiere una extraordinaria tenacidad.
Científicos de la NASA experimentan actualmente con un aerogel flexible fabricado a partir de polímeros, para utilizarlo como material aislante de naves espaciales durante la reentrada atmosférica.
El estaneno, similar al grafeno, es un material construido a partir de una sola capa de átomos. Sin embargo, al utilizar átomos de estaño en lugar de carbono, posee una característica que el grafeno no puede alcanzar: conductividad 100%.
Stanene fue propuesto teóricamente por primera vez en 2013 por el profesor Shou-Cheng Zhang, de la Universidad de Stanford. Predecir las propiedades electrónicas de materiales como el Stanene es una de las especialidades del laboratorio del profesor Zhang.
Según su modelo, el Stanene es un aislante topológico, lo que significa que sus bordes son conductores mientras que su interior es aislante. Como tal, el Stanene puede conducir la electricidad con resistencia cero a temperatura ambiente.
La nanoestructura de los metamateriales que manipulan la luz puede dispersarla de formas específicas y hacer invisibles los objetos.
Según el método de fabricación y los materiales utilizados, los metamateriales también pueden dispersar microondas, ondas de radio y los menos conocidos rayos T.
De hecho, estos metamateriales pueden controlar cualquier tipo de espectro electromagnético.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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