Respuestas XIII: Materiales con memoria.

La semana pasada, Mirelha Álvarez no hizo ninguna pregunta. En su lugar dijo explica esto y adjuntó este gif.

En primer lugar, hemos encontrado el vídeo original, en el que se menciona que el clip de la animación está hecho de un material llamado nitinol. Eso nos ha facilitado mucho la búsqueda, porque se ve que es un compuesto relativamente común e incluso puedes comprarlo por internet

El nombre, digno de un cosmético rejuvenecedor de teletienda, en realidad proviene de níquel y titanio, los elementos de los que está compuesto el material. Aunque pensábamos que -nol era la terminación acordada internacionalmente para darle a las cosas un aire científico, en realidad son las siglas de Naval Ordenance Laboratory, el lugar donde fue descubierto.
Pese a que el material se fabricó por primera vez en 1958, su producción y comercialización tuvo que retrasarse hasta 1990, fecha en la que la tecnología empezó a estar lo suficientemente avanzada para poder llevar al acabo el proceso sin que costara un ojo de la cara.
Antes de explicar nada más, dejamos un vídeo más elaborado.
Este fenómeno sigue sin tener sentido alguno para mí.

Para eso estamos nosotros, para hacer el trabajo sucio.
El nitinol presenta dos propiedades estrechamente relacionadas: memoria de forma y súperelasticidad. Básicamente, los átomos que componen el material pueden desplazarse muchísimo y sufrir grandes deformaciones sin que se rompan los enlaces que los mantienen unidos. A esto hay que sumarle lo que le ocurre al material cuando se contrae o expande según la temperatura a la que se encuentre.

Cuando el  material está muy caliente, se expande y los átomos tienen bastante espacio para ponerse cómodos, así que se agrupan en una estructura llamada austenita: mallas que alternan un átomo de níquel y uno de titanio y se apilan por capas para formar el sólido. Entre los átomos queda un poco de espacio libre porque, ¿para qué apretarnos si cabemos todos?

Este es el estado en el que se le da la forma deseada al material. Por ejemplo, de palo. 
“Lo que más me gusta de Ciencia 
de Sofá es su originalidad”.
Pero, a medida que el nitinol se va enfriando, el material empieza a contraerse. La compresión obliga a los átomos a moverse, para no tener que encontrarse en una situación bastante molesta, y adoptar una nueva configuración llamada “estructura tetragonal centrada en las caras”, o estructura martensítica. Su esquema es este.

Vista “aérea” y frontal de la estructura atómica. 
Fuente: pnas.org

Tomando como referencia la figura de antes, los átomos que se enfrían tienden a agruparse en ese patrón mientras se contraen, perdiendo el espacio que quedaba entre ellos. La nueva configuración estable quedaría, más o menos, así.

Lo curioso en este caso es que, pese a que los átomos han cambiado de posición, los enlaces que los unían siguen siendo los mismos. Es como si todos los átomos estuvieran sujetos a sus vecinos con gomas elásticas y, al cambiar de posición, esas gomas se hubieran estirado en vez de romperse.
Si el material vuelve a calentarse, el espacio entre los átomos se expandirá de nuevo y habrá espacio para volver a adoptar la configuración en la que los enlaces estaban en la situación original. Las gomas elásticas imaginarias (los enlaces) tirarán de cada átomo y lo colocarán en su sitio.
Por tanto, una vez se le ha dado forma al material y se ha enfriado, podemos deformarlo tanto como nos dé la gana, ya que una vez apliquemos el calor necesario para que los átomos tengan más espacio, estos serán arrastrados por sus enlaces hasta su posición original.

El ciclo de la estructura del nitinol.

El cambio de estructura interna no es nada raro en el mundo de los metales. De hecho, se da en todas las aleaciones conocidas. Lo que diferencia al nitinol es que, además se ser de 10 a 30 veces más elástico que los demás metales, la transformación se produce entre 20 y 50ºC, en vez de a los cientos de grados a los que ocurre con el resto. Por eso el nitinol recupera la forma al ser sumergido en agua caliente, como ocurría en la animación del principio de la entrada.

¡Espera! Si el nitinol vuelve a su configuración inicial entre 20 y 50ºC, y los seres humanos tenemos una temperatura corporal me unos 36ºC, entonces…

Exactamente.

Mentalistas de todo el mundo usan cucharas hechas de nitinol para dar la impresión de que están doblando el metal con la mente cuando, en realidad, es el calor de sus dedos el que las impulsa a recuperar su estado original. El truco está en tener 40$ para comprar una de estas cucharas por internet.

Esa mirada no hace más que empeorar las cosas.

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