Categoria de Materiales

Instituto Tecnológico de Tijuana

Modulo: Tópicos de Ingeniería y Tecnología I

 

Profesor: Jorge Carlos Ríos

 

Reporte: Distribución de Categorías de los Materiales

 

Especialidad: Ingeniería en Nanotecnología

 

Nombres: Figueroa Mendoza Francisco y Ochoa Rodríguez Martín Fernando

 

Tijuana, Baja California a Jueves 27 de Enero del 2011

 

 

 

• Materiales conductores
  

 

Una propiedad común a prácticamente todos los materiales, es la de permitir, en algún grado, la conducción de la corriente eléctrica, pero así como algunos materiales son buenos conductores, otros son malos conductores de dicha corriente.

Un material es conductor cuando puede desempeñar esa función en un circuito, independiente del valor de su conductividad.

Visto desde un punto de vista de la física de estos materiales.    

Los niveles de energía 3s son la banda de valencia. Los niveles de energía 3p, que están separados de la banda 3s por una brecha de energía, forman la banda de conducción.

El magnesio y otros metales tienen dos electrones en su banda s más externa. Estos metales tienen una elevada conductividad debido a que la banda p se superpone sobre la banda s en el espaciamiento interatómico de equilibrio.

Esta superposición permite que los electrones se exciten hacia un gran número de niveles de energía no ocupados de las bandas combinadas 5s y 3p. La superposición de las bandas 3s y 3p en el aluminio y en otros metales de la columna IIIB tiene un efecto similar.

En los metales de transición, desde el escandio hasta el níquel, una banda 3d sin llenar esta superpuesta sobre la banda 4s. Esta superposición proporciona niveles de energía hacia los cuales se pueden excitar los electrones; sin embargo, las interacciones complejas entre bandas impiden que la conductividad sea tan elevada como en el caso de algunos mejores conductores. No obstante, en el cobre, la banda interna 3d está llena y el núcleo del átomo sujeta firmemente a estos electrones. En consecuencia, existe poca interacción entre los electrones de la banda 4s y 3d; así, el cobre tiene una elevada conductividad. Una situación similar ocurre en la plata y el oro.

 

 

• Materiales semiconductores
  

 

Los elementos del grupo 4, el carbono (diamante), el silicio, el germanio y el estaño, contienen dos electrones en su capa externa p, con una valencia de cuatro. Estos elementos están enlazados de manera covalente en consecuencia, los electrones en las bandas exteriores s y p están rígidamente unidos a los átomos. El enlace covalente produce un cambio complejo en la estructura de las bandas; es decir, una hibridación. Los niveles 2s y 2p de los átomos de carbono del diamante pueden contener hasta ocho electrones, pero solo están disponibles cuatro electrones de valencia. Cuando los átomos de carbono se unen para formar un diamante solido, los niveles 2s y 2p interactúan y producen dos bandas. Cada banda hibrida puede contener 4N electrones. Dado que solo hay 4N electrones disponibles, la banda inferior (o de valencia) está totalmente llena, en tanto que la banda superior (o de conducción) esta vacía.

En el diamante, una gran brecha de energía o brecha de banda separa los electrones de la banda de conducción.

Entonces, una distinción importante entre metales y semiconductores es el hecho de que la conductividad de los semiconductores aumenta al aumentar la temperatura, ya que mas electrones pueden alcanzar la banda de conducción desde la banda de valencia. En otras palabras, se libera una cantidad creciente de electrones de los enlaces covalentes en un semiconductor, quedando disponibles para la conducción. Por otra parte, la conductividad de la mayoría de los metales, disminuye al aumentar la temperatura. Esto se debe a que el número de electrones ya disponibles empieza a dispersarse más (es decir, al incrementarse la temperatura se reduce la movilidad).

 

 

• Materiales aislantes
  

 

Como su nombre lo dice es perfecto para las aplicaciones eléctricas y sería aun más perfecto si fuera absolutamente no conductor, pero claro ese tipo de material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre.

En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.

La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia. También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres y los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la humedad.