Metamateriales

Se llama así a todos los materiales que deben sus propiedades físicas no a su composición química si no al diseño de su estructura.Con el fin de que sus propiedades funcionen en frecuencias del orden de las ondas electromagnéticas, los componentes estructurales de un metamaterial deberían ser, en principio, más pequeños que la longitud de onda de la radiación electromagnética con la que interactúa. Así, podríamos aproximar su comportamiento en esas frecuencias al de un material homogéneo, descrito con precisión por un índice de refracción eficaz. Para la luz visible, que tiene longitudes de onda inferiores a un micrómetro (560 nanómetrosluz solar), las estructuras deberían ser del orden de la mitad o menos de la mitad de este tamaño, es decir, menos de 280 nanómetros. En frecuencias de microondas, las estructuras sólo deben ser del orden de un decímetro.

 

 Su mayor explotación se da en la óptica, porque poseen índices de refracción negativos, o sea, no curvan la luz y las ondas electromagnéticas de manera predecible: la onda se propaga en el sentido inverso al que la energía incide sobre ellos. Este fenómeno hace posible usarlos para construir lentes de aumento tan potentes y libres de distorsión que pueden amplificar a nivel visible el campo magnético de un objeto. También se usan para alinear rayos láser en la construcción de hologramas de muy alta resolución, y además se los comienza a usar para la fabricación de mantos de invisibilidad. También, algunos, poseen índices de refracción negativa de ondas sonoras.

Nanotubos de carbono

Los nanotubos son una forma en la que se estructura el carbono (aunque también pueden formarse nanotubos de otros materiales como el silicio), en forma tubular con un diámetro del tamaño de un nanómetro. Este cuerpo geométrico les garantiza ser la microestructura más resistente del mundo, 300 veces más que el acero. 


Su interés fundamental radica en que es el primer material conocido capaz (en teoría) de sustentar indefinidamente su propio peso suspendido sobre nuestro planeta. Así, teóricamente se podría construir un ascensor espacial.

Ferrofluidos

Un ferrofluido es un líquido que se polariza en presencia de un campo magnético. Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas suspendidas en un fluido portador, que comúnmente es un solvente orgánico o agua. Las nanopartículas ferromagńeticas están recubiertas de un surfactante para prevenir su aglomeración a causa de las fuerzas magnéticas y de van der Waals.  Los ferrofluidos, a pesar de su nombre, no muestran ferromagnetismo, pues no retienen su magnetización en ausencia de un campo aplicado de manera externa. De hecho, los ferrofluidos muestran paramagnetismo y normalmente se identifican como "superparamagnéticos" por su gran susceptibilidad magnética. Un auténtico fluido ferromagnético es difícil de crear en la actualidad, requiriendo elevadas temperaturas y levitación electromagnética.

Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas microscópicas (magnetita) hematita o algún otro compuesto con contenido de Fe²⁺ o Fe³⁺.
Un verdadero ferrofluido es estable; esto significa que las partículas sólidas no se aglomeran o separan en fase, aún bajo la influencia de campos magnéticos muy intensos. Sin embargo, el surfactante tiende a descomponerse al paso del tiempo (algunos años) y eventualmente las nanopartículas se aglomeran y separan, dejando de contribuir a la respuesta magnética del fluido.

 Los ferrofluidos suelen utilizarse en instrumentos cotidianos como altavoces, en los cuales su funcion es la de disipar el calor entre la bobina y el imán o en  impresora como tinta otorgando la capacidad de imprimir 5 páginas por minuto.
Los ferrofluidos tienen numerosas aplicaciones en óptica por sus propiedades refractivas; esto debido a que cada partícula micromagnética refleja luz.
En medicina, un ferrofluido compatible puede emplearse para detección de cáncer.
También se puede usar para la transmisión del calor y en el ámbito de la acústica.

Fulerenos

Los fulerenos (o fullerenos, como también se conocen) son la tercera forma más estable del carbono (tras el diamante y el grafito). 

Es una configuración especial del carbono, como los nanotubos o el diamante, y se caracteriza por las hermosas figuras geometricas que pueden adoptar, con formas casi esféricas compuestas de hexágonos y pentágonos en perfecta simetría.

La molécula más bella

Los pentágonos y hexágonos se cierran sobre sí mismos y hasta pueden contener otro tipo de moléculas dentro de sí mismos. Ha sido llamada "la molécula más bella", y no sólo por su forma si no por sus particulares características de superconductividad y resistencia térmica y sus aplicaciones en nanoingeniería y nanomedicina.

Fluidos no newtonianos

Los fluidos no newtonianos son elementos indecisos entre los sólidos y los líquidos que adoptan el comportamiento de uno o de otro según cómo se los apriete. 

Un ejemplo barato y no toxico de fluido no newtoniano puede hacerse fácilmente añadiendo almidon de maiz en una taza de agua. Se añade el almidón en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. La aplicación de una fuerza con la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como líquido. 

En este video , se puede observar como la viscosidad del fluido no newtoniano varía al ser expuesto a unas diversas ondas sonoras . Es decir , cuando nota una vibración se convierte en sólido hasta que esta acabe , en el caso que vuelve a su estado original:

 

Como habréis observado, cuando se aplica una tensión al líquido, éste exhibe características de un sólido (o sea, se endurece al aplastarlo) debido a que sus moléculas se alinean de forma particular. En el siguiente video, se ve un experimento más claro. 

Plasma

Desde pequeños nos han dicho que la materia puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso. Pues bien, eso ya no es cierto, pues existe un cuarto estado, el plasma.
El plasma es el cuarto estado de la materia. Este estado lo adquieren ciertos elementos al estar "super-magnetizados". Existen diferentes tipos de plasmas, entre ellos el que se puede encontrar en las tormentas eléctricas y las auroras boreales, dentro de los aceleradores de partículas y reactores de fusión, y en toda clase de fenómenos cósmicos como las nebulosas.

Generalmente están formados por iones y electrones libres que no se pueden recombinar entre sí debido a su alta temperatura, comportándose como una especie de nube de gas eléctrico.

 
Durante las últimas décadas se han desarrollado un tipo de aceleradores de partículas que utilizan un láser y plasma como elementos principales.

Un plasma, en su totalidad, es eléctricamente neutro; contiene tanta carga negativa (electrones) como positiva (iones). Si dirigimos un haz intenso de un láser hacia el plasma, crea una perturbación en el plasma; el haz empuja los electrones y los separa de los iones positivos, más pesados, que se quedan atrás, creándose así una región de exceso de carga positiva y una región de exceso de carga negativa.

La perturbación forma una onda que se propaga por el plasma casi a la velocidad de la luz. De modo tal que el potente campo eléctrico que apunta de la región positiva a la negativa acelerará cualquier partícula dotada de carga que caiga bajo su influencia.

Alúmina transparente

La alúmina transparente es un material cerámico formado por pequeños cristales que le dan un aspecto vidrioso, pero con una resistencia tres veces superior a la del acero. Los barcos, edificios y hasta las naves espaciales podrían dejar de ser opacos, y empezar a ser transparentes.

Científicos de la universidad de Minnesota, en colaboración con la empresa de productos químicos 3M utilizaron una técnica de aleación con la que se pueden fusionar óxidos de aluminio con óxidos metálicos para producir vidrios resistentes.

Con este material, se podría construir una cárcel para Magneto.

Aerogel

El Aerogel

Se conoce también como "El humo sólido". Se trata en realidad de un sólido transparente tan ligero como el aire pero que soporta más de mil veces su propio peso y resiste unos 1.300 ºC.

 El aerogel es un dióxido de silicio que se  obtenido  a través de una técnica química; se seca en condiciones supercríticas dando lugar a una matriz tridimensional amorfa sólida hecha de SiO2, partículas con un diámetro medio de 10 nanómetros y nanoporos abiertos en el intervalo de 1 a 100 nanómetros.


Debido a su estructura porosa este material presenta una ligereza excepcional (95-99% de aire u otro gas, en volumen). Además, este material es el sólido más ligero jamás concebido, con un peso 3 veces el del aire.


Tiene propiedades y comportamientos más cercanos a los de un gas en lugar  a las de un sólido. Presentan las velocidades más bajas de propagación del sonido interno (100 m / s) dentro de los sólidos conocidos. La conductividad térmica esta entorno  al 0,013 W / m ° K a presión atmosférica y hasta 0,004 W / m ° K a 0,05 atmósferas.

Tiene propiedades ignífugas

El aerogel es extremadamente duradero, pero es  extremadamente frágil.  Por lo general puede llevar una carga de hasta 1000 veces su peso. Incluso puede ser doblado y manejado para poder modificar su forma.

 

El precio del aerogel es aproximadamente 110 dólares el metro cuadrado.

Además, el aerogel tiene un índice de refracción muy bajo (n = 1.03).  En el vídeo se puede ver cómo el haz del laser entra exactamente por la esquina del rectángulo: la dirección de la luz cambia solo unos grados cuando entran en dos varas perpendiculares del aerogel.