Introducción a la Ciencia de los Materiales

Tema 1
INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN DE
MATERIALES

1. Introducción
Las últimas décadas del siglo XX, así como los inicios del siglo XXI, han sido están
siendo testigos de avances espectaculares en el campo de los materiales. Entre ellos,
quizás los más significativos, pero no los únicos, han sido el desarrollo tanto de los
materiales superconductores “de alta temperaturacrítica” como de los nanomateriales
(dimensiones de los nanometros) y/o nanoestructurados. Otros materiales de muchísimo
interés recientemente descubiertos son los polímeros conductores (Premio Nobel de
Química del año 2000, Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa), las
cerámicas avanzadas, materiales inteligentes, etc. No es pues de extrañar que todo este
grupo de materiales,con propiedades específicas, se denomine a veces como “nuevos
materiales”. No cabe duda por otro lado, que estos avances no hubieran sido posibles
sin un desarrollo paralelo de nuevas técnicas de preparación de muestras (ultramicrotomía, spin-coating, etc) y caracterización (MADLI-TOF, AFM, Microscopía
confocal, aniquilación de positrones, microscopía electrónica de emisión de campo, etc)
yestudio de las propiedades de los materiales. Se puede afirmar, por tanto, que la ayuda
de las nuevas técnicas de caracterización y análisis ha sido indispensable en el diseño,
síntesis y procesado de estos materiales, permitiendo un cuidadoso control de sus
propiedades, e incluso en muchos casos, con la posibilidad de prefijar de antemano
alguna de sus características (“materiales a la carta”).Es sabido que la ciencia e ingeniería de materiales depende enormemente del
entendimiento de la relación existente entre las propiedades de los materiales, su
composición, “microestructura” y procesado.
El estudio de los materiales tiene sentido desde el momento en el que se piensa que van
a tener una función útil en nuestra vida. Atendiendo a la función que va a tener un
material, esnecesario que éste posea una serie de propiedades que le van a ser útiles
para poder desempeñar dicha función de manera adecuada y duradera. Antiguamente la
selección de materiales se hacía mediante ensayos de prueba y error. Se tomaban
objetos directamente de la naturaleza y posteriormente se probaba su utilidad. Hoy en
día es necesario conocer con antelación las propiedades de un determinadomaterial con
objeto de predecir si podrá ser útil o no para una determinada aplicación.
Si, por ejemplo, se pretende obtener un material cuya peculiaridad o propiedad sea tener
color rojo pero, no un rojo cualquiera, sino un color rojo especial, aquél asociado a una
reflexión de luz de una determinada longitud de onda, será necesario realizar espectros
de absorción en el visible con objeto decomprobar que efectivamente esa y sólo esa es
la radiación que el material refleja puesto que las demás longitudes de onda las absorbe.
Por otro lado, si se desea un material muy resistente cuando esté sometido a esfuerzos
unidireccionales, será necesario medir a partir de ensayos de tracción la tensión máxima
que dicho material es capaz de soportar. Evidentemente, esto es una manera muy
generaly simple de abordar este problema pero para los estadíos en los que este manual

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se encuentra es más que suficiente para entender y comprender la necesidad de la
utilización de este tipo de técnicas y métodos de caracterización.

1.1. Desarrollo histórico
El hecho ocurrido más significativo en cuanto al establecimiento de las bases de la
moderna ciencia de materiales tuvo lugar aprincipios del siglo XIX cuando Dalton
postuló que la materia estaba constituida por agregados de “partículas últimas” o
átomos.
El concepto de proporciones definidas y de masa atómica junto con una consistente
nomenclatura para los elementos, introducida por Berzelius, permitió una descripción
adecuada de la materia y de las reacciones químicas que es la que se conoce hoy en día.
Estos...