Cinco materiales que parecen desafiar las leyes de la física

Escudos transparentes como el cristal pero más duros que el acero, cables con el grosor de un cabello que pueden soportar el peso de un coche, líquidos que pinchan o sólidos que parecenhumo helado. Estamos familiarizados con la mayoría de los materiales que nos rodean, e incluso podemos predecir cómo actuarán muchosde los que no conocemos. Pero de vez en cuando nos topamos con sustancias que nos sorprenden porque parecen contradecir el comportamiento de todos los demás.

¿Es posible caminar sobre el agua? Sí, lo es si la mezclamos con algo en apariencia tan poco sofisticado como la harina de maíz. Esta sustancia es lo que se llama un fluido no newtoniano, y entre sus características se encuentra que cuando se somete a presión sus partículas se compactan y adoptan temporalmente la consistencia de un elemento sólido. De ahí que puedas caminar sobre ella.

Los fluidos no newtonianos son solo un ejemplo de materiales creados por el hombre que parecen contradecir las más elementales leyes de la física.

1. Ferrofluidos, las espinas líquidas

Parece una imagen salida de una futurista película de ciencia ficción: de una superficie de apariencia metálica, lisa y brillante surgen de pronto pinchos afilados que se erizan y orientan siguiendo el movimiento de un imán. La superficie es de un líquido, pero no hay en la naturaleza ninguna sustancia líquida que reaccione ante un campo magnético de esta forma. Ni siquiera el mercurio, el único metal líquido a temperatura ambiente.

Se trata de un ferrofluido, que aunque lo parezca no es en realidad una sustancia homogénea, sino un coloide, es decir, un sistema formado por dos componentes, en el que las partículas, sólidas pero microscópicas, de uno se dispersan en el otro, en estado sólido. En este caso, las partículas ferromagnéticas están recubiertas de surfactante, que evita que se apelotonen entre sí. De esta forma, son esas microscópicas partes las que sienten la atracción del imán y las que forman esos amenazadores pinchos donde segundos antes solo había una superficie lisa.

Como decimos, no hay ferrofluidos naturales, y su fabricación no es sencilla, sobre todo porque el surfactante pierde con el tiempo sus propiedades, las partículas se aglomeran y la sustancia pierde sus características.

Y eso es un inconveniente, ya que estos materiales tienen muchas utilidades en distintos campos de la tecnología. Por ejemplo, se utilizan como método de enfriamento en dispositivos como los altavoces, gracias a una de sus propiedades: las altas temperaturas reducen su magnetismo. De forma que un imán potente, colocado junto a una bobina, que genera calor, atraerá con más intensidad al ferrofluido frío que al caliente, produciendo un movimiento continuo del líquido y favoreciendo que disperse la temperatura.

2. Aerogel o humo helado

El aerogel es también conocido con el poético nombre de humo helado, ya que parece efectivamente un trozo de humo o de nube hecho sólido. Se trata de nuevo de una sustancia coloidal, en la que el componente líquido es sustituido por un gas. El resultado es una sustancia sólida, en muchos casos semitransparente y de apariencia etérea, de propiedades sorprendentes y muy útiles.

El material sólido menos denso del mundo es un aerogel, que pesa 0,0011 gramos por centimetro cúbico. Habitualmente pesan un poco más,unos 0.02 gramos. Esto quiere decir que una reproducción del David de Miguel Ángel pesaría unos 2 kilos (frente alos 5.572 que pesa la estatua original).

Además, presentan una conductividad de la temperatura muy baja, de forma que se emplean como aislantes térmicos tanto en ventanas como en el traje de los astronautas para protegerles del frío.Por último, son extremadamente resistentes, de forma que unos gramos de aerogel pueden sostener varios kilos de peso.

3. Nanotubos de carbono, el material más fuerte

Si el grafeno es una lámina con un solo átomo de carbono de grosor, al enrollarla y formar con ella un cilindro es como se obtiene un nanotubo de carbono. Así de sencillo, aunque al moverse en la nanoescala lo que parece simplese vuelve interesante porque las propiedades cambian y surgen nuevos usos y aplicaciones hasta ahora impensables. Baterías mejores, diminutos ordenadores, paneles solares más eficientes o materiales finos como el papel capaces de detener las balas.A científicos y tecnólogos se les hace la boca agua pensando en todas las cosas a las que los nanotubos de carbono darán pie en el futuro.

Se trata del material más fuerte y resistente del mundo (un cable de 1 milímetro de grosor puede sostener más de seis mil kilos), además de poseer propiedades conductoras del calor y la electricidad únicas. Las posibilidades son prácticamente infinitas y más que apetecibles para el campo de la óptica, la electrónica, la ciencia de los materiales y la nanotecnología.

Sin embargo, queda mucho por investigar todavía, sobre todo en lo que se refiere a su producción con fines industriales. Hay un problema en concreto que busca una solución sencilla y barata sin la que las aplicaciones masivas de los nanotubos de carbono están paradas y a la espera. Se trata de encontrar una forma de separar distintos nanotubos.

Existen un centenar de nanotubos de carbono distintos, según la forma en que se enrolla la hoja de grafeno, y los métodos de fabricación empleados por el momento resultan en una mezcla de muchos de ellos. Separarlos requiere unos 1.000 dólares por miligramo. Mientras algunos científicos buscan formas más baratas de llevar a cabo este proceso, investigadores españoles han dado con la fórmula paraproducir nanotubos de un solo tipo, eliminando la necesidad de ese segundo paso.

4. Conductores flexibles para pantallas enrollables

Imagina utilizar una tableta que podemos enrollar cuando terminemos de usarla y guardarla en un bolso, o doblarla para llevarla en el bolsillo de los vaqueros. O el uso en medicina de implantes que se muevan de forma natural a la vez que nuestros músculos, nuestra piel o nuestros órganos cuando los llevamos en el cuerpo.

Aún queda tiempo para que podamos ver esto, al menos para que sea algo habitual en nuestro día a día. Pero el primer paso para lograrlo ya está dado: son los materiales conductores flexibles.

Uno de los métodos más prometedores para fabricar estos conductores se basa en la colocación de nanotubos de carbono sobre una superficie elástica. Otros investigadores han apostado por colocar nanopartículas de oro en redes elásticas de poliuretano. Son dos aproximaciones con el mismo objetivo, para el que aún queda un largo camino, ya que no solo hay que dar con la fórmula más eficaz, sino también la más óptima en cuanto a producción industrial.

5. Aluminio transparente, un invento de ciencia ficción

Aunque se conoce con el nombre coloquial de aluminio transparente (o por el comercial ALON) su denominación correcta es oxinitruro de aluminio y se trata de un material cerámico compuesto por aluminio, oxígeno y nitrógeno que tiene la particularidad de ser transparente, lo que unido a su extremada dureza y su resistencia a altas temperaturas lo convierte en un material perfecto para muchas aplicaciones.

No son pocos los fans de la ciencia ficción a los que les sonará el término de aluminio transparente: en una de las películas de Strar Trek estrenada en los años 80 se menciona este material, o una versión cinematográfica muy parecida, como uno de los descubrimientos más utiles del futuro, traído al siglo XX por Scotty. Aunque es posible que fuese una coincidencia casual, lo cierto es que ya en 1981 había investigaciones en marcha en torno a esta idea.

La versión real de este material, que como decimos no es exactamente aluminio transparente sino una cerámica policristalina basada en el aluminio, es casi tan duro como el zafiro y estable a una temperatura de hasta 1.200 grados. Debido a su alto precio, su uso está reservado casi exclusivamente a fuerzas de seguridad y ejércitos.