Materiales con memoria de forma

Se llama material con memoria de forma a aquel que tras, sufrir una fuerte distorsión aparentemente permanente (plástica) de su forma, puede recuperarla si se le proporciona el estímulo adecuado (temperatura, campos magnéticos, pH, humedad…). Si es con calor, este se puede aplicar o retirar directamente (llama, hielo) o mediante inducción (con campos magnéticos o eléctricos) e incluso con radiación.

Estos materiales suelen ser aleaciones metálicas o polímeros, aunque también existen materiales compuestos e híbridos que presentan la propiedad. En aleaciones, la memoria de forma suele estar relacionada con la superplasticidad; en polímeros, con la viscoelasticidad.

La memoria de forma se explica por transformaciones de fases cristalinas inducidas por el estímulo. En muchas ocasiones estas transformaciones son del tipo martensítico, que consisten en cambio de geometría de los átomos del material por pequeños desplazamientos de estos que ocurren a gran velocidad (cercana a la del sonido). Se le da ese nombre porque en las aleaciones de hierro se encuentran estructuras llamadas de martensita que se pueden transformar en estructuras de austenita (hierro gamma) o viceversa.

Las aplicaciones del efecto de memoria de forma son múltiples, desde la ingeniería aeroespacial (por ejemplo, en estructuras desplegables) hasta dispositivos del campo de la salud (endoprótesis vasculares para cirugías no invasivas, dispensadores de fármacos…). También tienen aplicaciones relacionadas con propiedades de superficies, como la reflexión, la tensión superficial, etc. El efecto ocurre incluso a tamaño nanométrico, por lo que puede ser usado en sistemas micro y nanoelectromecánicos.

En algunos casos la forma original se puede recuperar paso a paso a través de una o varias formas intermedias, propiedad que convierte a estos materiales en máquinas.

Aleaciones y polímeros

El efecto se conoce desde hace casi 90 años, cuando se observó en una aleación de AuCd, pero no se le empezó a prestar seria atención hasta los años de 1970 al descubrirse el nitinol, una aleación de niquel y titanio (el fragmento final de la palabra viene de las siglas inglesas Naval Ordnance Laboratory, que fue el que lo obtuvo). Actualmente existe una amplia gama de aleaciones con efecto de forma en muy variadas presentaciones, incluidas películas y espumas. Las que tienen más importancia comercial son las de NiTi, CuAlNi, CuZnAl y varias basadas en Fe, como la de FeMnSi.

También existen muchos materiales poliméricos con memoria de forma. Desde el punto de vista de la ingeniería, adaptar las propiedades de los polímeros es mucho más fácil que hacerlo con metales o aleaciones. Además, los materiales poliméricos son más ligeros y la recuperación de la forma se puede conseguir mediante muy variados estímulos aparte del calor (luz ultravioleta e infrarroja, humedad, cambios de disolvente y de pH…). Otras ventajas es que son más baratos y que se pueden hacer biocompatibles e incluso biodegradables. Por eso, hay ya una gran variedad de polímeros con memoria de forma y se siguen produciendo.

Los más típicos ejemplos de polímeros con memoria de forma son ciertas variedades de poliuretanos. Uno de ellos se ha aplicado en forma de espuma en misiones espaciales y biomédicas. También destacan algunos copolímeros de bloque de tereftalato de polietileno y óxido de polietileno (PEO) y copolímeros de bloque que contienen poliestireno y poli (1,4-butadieno). Asimismo, experimentan este efecto algunos polinorbornenos.

Actualmente se están creando muchos materiales híbridos con memoria de forma que combinan un material elástico con otro que puede cambiar su rigidez notablemente si se le aplica un estímulo correcto.

Como curiosidad, se ha propuesto el uso de materiales con memoria de forma para el desmontaje activo de teléfonos móviles obsoletos sin ningún contacto físico.

Fuentes:

W.M. Huang, Z. Ding, C.C. Wang, J. Wei, Y. Zhao, H. Purnawali, Shape memory materials, Materials Today, 13, 7–8, 2010, 54-61.

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