Nous materials i sostenibilitat

Explica què és un material intel·ligent i posa un exemple d'un que s'utilitzi en un producte quotidià, indicant a quin estímul reacciona (temperatura, llum, electricitat...).

Explica què és un material amb memòria de forma i descriu com s'aprofita en una aplicació coneguda (muntures d'ulleres que recuperen la seva forma, stents mèdics que s'expandeixen amb la calor del cos).

Explica què és un material autoreparable (autocurable), com funciona bàsicament (microcàpsules amb agent reparador, xarxes internes que es reordenen) i descriu dues aplicacions on estalviaria manteniment (carrosseries, pantalles, canonades).

Explica què és un bioplàstic, de quines matèries primeres es pot obtenir (blat de moro, canya de sucre, residus vegetals) i un producte quotidià on ja s'utilitzi.

Explica quina diferència hi ha entre un bioplàstic i un plàstic convencional quant a origen i a comportament al final de la seva vida útil, i comenta per què «bioplàstic» no sempre significa «biodegradable».

Una empresa comercialitza ampolles d'aigua fabricades amb PLA (àcid polilàctic) sota el reclam: «100 % biodegradable: desapareix a la natura sense deixar rastre». Un laboratori independent assaja la pèrdua de massa de l'envàs durant 180 dies en tres medis diferents: (1) Planta de compostatge industrial a 58 °C i 60 % d'humitat relativa: 94,5 % de degradació; (2) Aigua de mar a 18 °C: 0,6 % de degradació; (3) Abocador convencional anaeròbic a 22 °C: 1,8 % de degradació amb generació de metà. (a) A partir de les dades, rebat tècnicament l'afirmació publicitària i prediu quin impacte ambiental provocarà aquest envàs si acaba dispers en el medi marí o si els usuaris el llencen al contenidor groc barrejant-lo amb el PET tradicional. (b) Justifica per què el PLA es degrada ràpidament en compostatge industrial però resulta gairebé inert al mar, relacionant el procés amb la temperatura de transició vítria del polímer (Tg ≈ 60 °C).

Què és el grafè? Descriu-lo en dues frases (una làmina de carboni d'un àtom de gruix) i anomena una propietat seva extraordinària que interessi a la tecnologia.

L'aerogel és un dels millors aïllants tèrmics coneguts i gairebé no pesa. Explica per què no s'utilitza avui de manera massiva en la construcció d'habitatges (cost, fragilitat, producció limitada) i en quines aplicacions especials sí que compensa el seu preu (aeroespacial, canonades crítiques).

Un fabricant de bicicletes de competició promociona un nou quadre amb matriu epoxi reforçada amb nanotubs de carboni (CNT) a l'1,5 % en massa, afirmant que «gràcies a la nanotecnologia és el doble de resistent que el carboni estàndard i representa un material ecològic i totalment segur». (a) Justifica des de la ciència de materials per què una fracció volumètrica tan petita de nanomaterial pot incrementar d'una manera tan acusada el mòdul elàstic i la tenacitat de la resina (relaciona la superfície específica del nanomaterial amb la transferència de tensions a escala molecular). (b) Rebat amb dos arguments tècnics l'afirmació que és un material «ecològic i segur»: identifica el risc toxicològic específic per inhalació durant les operacions de mecanització o poliment al taller i analitza la viabilitat real de separar i reciclar aquest material compost al final de la seva vida útil.

En seleccionar un material per a un producte cal valorar diversos criteris alhora. Anomena i explica tres criteris de selecció (per exemple: propietats mecàniques, cost, impacte ambiental, disponibilitat, aspecte...).

Explica en dues frases què és una anàlisi de cicle de vida (ACV) d'un producte i per a què la fan servir els dissenyadors quan comparen dos materials candidats.

Per a la carcassa d'un portàtil es valoren tres materials amb aquests criteris ponderats: pes (40 %), cost (30 %) i reciclabilitat (30 %). Les puntuacions (0-10) són: alumini (pes 6, cost 5, reciclabilitat 9), magnesi (9, 3, 6) i ABS (7, 8, 3). (a) Calcula la puntuació ponderada de cada material i decideix quin triaries amb els números a la mà. (b) Analitza com canvia la decisió si el cost passa a ponderar el 50 %, i comenta què ensenya això sobre les matrius de decisió.