¿Cómo ayuda la ciencia y la tecnología de los materiales a las personas?

A2A
TLDR: los materiales se utilizan en todos los ámbitos de la vida.

Respuesta larga:
Descargo de responsabilidad: sería imposible hacer una lista completa de todos los usos de los materiales en nuestras vidas. He resaltado algunos que me parecen interesantes. También he usado varias fuentes de internet. Señale errores de hecho.

• Transporte
1. Aviación: la aviación moderna depende en gran medida del avance en la ciencia de los materiales. Un avión que muestra esta necesidad es el Boeing 787 Dreamliner.
   
   Fuselaje
   El fuselaje (cuerpo) de un avión se estira y se relaja en cada vuelo. Por lo tanto, debe fortalecerse adecuadamente para evitar la fatiga. Pero también debe ser liviano para que el avión sea eficiente en combustible. Esto requiere el uso de aleaciones ligeras de aluminio. Sin embargo, en los últimos tiempos, el enfoque de la industria se ha desplazado a los compuestos.

   El Boeing 787 Dreamliner ha logrado una reducción de peso de 1500 lb mediante el uso de compuestos de polímeros reforzados con fibra de carbono en fuselaje, alas, cola, puertas e interiores. El avión está hecho de 80% de compuestos por volumen.

   • ¿Por qué elegir un producto de Apple?
   • Estoy investigando la tecnología a través de los años, ¿es la tecnología una influencia positiva o negativa en los últimos 60 años?
   • ¿Cuáles son las probabilidades de una guerra mundial en los próximos 20 años?
   • ¿Qué es la ondulación?
   • ¿Pueden los aviones volar cerca del suelo durante períodos prolongados de tiempo? Si no, ¿por qué?

   Motor a reacción
   
   Los motores de los aviones utilizan los avances en materiales para mejorar la relación potencia / peso, ruido y consumo de combustible. Usemos el ejemplo de un Rolls-Royce Trent 1000, que es una de las opciones disponibles para alimentar el 787.

   Galones

• 
  Los bordes dentados de la salida del motor se doblan mientras despegan y aterrizan para reducir el ruido y se enderezan durante el crucero para mejorar la eficiencia. Esto es posible mediante el uso de un tipo especial de material inteligente llamado aleación de memoria de forma. (Consulte: Blog de ingeniería aeroespacial)

  Aspas de ventilador

  Las aspas del ventilador están sometidas a tensiones extremas debido a la aplicación a altas temperaturas. La ciencia moderna de los materiales ha hecho posible el desarrollo de cuchillas de cristal único que ofrecen menos distorsión en condiciones de alta temperatura que las cuchillas policristalinas.

• Las aspas del ventilador pueden estar sujetas a daños por objetos extraños como golpes de pájaros.
  
  Debido a la alta temperatura y la tasa de deformación extremadamente alta involucrada, las aleaciones de titanio encuentran aplicación aquí.

  Turbina

• La turbina tiene que enfrentar los gases extremadamente calientes que salen después de la combustión. Están construidos con Superalloys a base de Ni que pueden soportar temperaturas tan altas.

  Tren de aterrizaje
  
  El tren de aterrizaje enfrenta grandes tensiones durante cada aterrizaje, ya que todo el peso del avión descansa sobre él. También está sujeto a cargas cíclicas como el fuselaje. Este equipo depende en gran medida de aleaciones de titanio y también de acero.

  Ventanas planas
  El 787 no contiene persianas. La cantidad de luz que entra puede controlarse electrónicamente. Esto utiliza un fenómeno de materiales llamado Electrocromismo. Esto requiere nuevos materiales que reemplacen las viejas ventanas de plexiglás utilizadas en aviones más antiguos.
  
  Superficies de control de vuelo
  
  Las superficies tradicionales de control de vuelo como timón, elevador, alerones y también superficies como aletas, listones y alerones están compuestas por una pequeña superficie que se separa del cuerpo original con bordes afilados. Estos bordes afilados crean una gran cantidad de resistencia. Además, estas superficies deben moverse mecánicamente, lo que requiere energía.
  La piezoelectricidad se puede usar para crear un ala suave y mezclada que cambia su geometría para adaptarse a las necesidades de vuelo bajo la influencia de pequeños impulsos eléctricos. Esto reduciría la resistencia y reduciría el consumo de combustible.

  El 787 también presenta baterías de iones de litio que tienen una potencia específica de 20000 W / kg en comparación con los 1000 W / kg producidos por las baterías NiMH.

2. Carreteras: los automóviles han inspirado el desarrollo de varios materiales para hacer que viajar sea seguro y cómodo.
• Los neumáticos están hechos de caucho sintético, tela y alambre. La dureza del neumático se puede controlar variando la cantidad de carbono que se le agrega.
  
• Las carrocerías de los automóviles deben ser livianas y fuertes para mantener la eficiencia del combustible sin comprometer la seguridad. Esto se logra mediante el uso de materiales como acero, aleaciones de aluminio y polímeros livianos.
• Zona de deformación: la parte delantera y trasera de los automóviles contienen zonas para absorber la energía en caso de impacto y evitar que llegue a la cabina, lo que pone en riesgo a los pasajeros.
  Las zonas de deformación están hechas de acero / titanio (según la empresa), espuma polimérica de alta y baja densidad y fibras reforzadas.
• Parabrisas: los parabrisas de los automóviles tienen una propiedad especial. Tras el impacto, muestran grietas de tela de araña.
  En última instancia, se fracturan en piezas muy pequeñas en lugar de bordes irregulares, lo que reduce el riesgo en caso de accidente. Los parabrisas están hechos de dos capas de vidrio unidas por una capa intermedia de material termoplástico transparente como el polivinil butiral. Esta capa intermedia mantiene el vidrio unido en caso de fractura. También proporciona aislamiento acústico y protección UV.
• Frenos: los frenos de disco tienen un disco de freno hecho de hierro fundido o cerámica. Porsche utiliza fibras de carbono siliconizadas.
  
  Las pastillas de freno están hechas de materiales como el asbesto, poliacrilonitrilo, metales en escamas, porcelana, aramida, celulosa y otros sintéticos.
4. Ferrocarriles: mi conocimiento se limita a Indian Railways, pero puede generalizarse a otros ferrocarriles de todo el mundo.

   Los autocares LHB introducidos por IR están hechos de acero inoxidable y aluminio que reducen el peso y los efectos de corrosión.
   
   Las vías del ferrocarril están hechas de acero laminado en caliente y pueden soportar grandes pesos.

• Accesorios de casa
  Ni siquiera voy a entrar en la industria electrónica, ya que es demasiado grande para abordar. Algunos otros ejemplos comunes que vienen a la mente son:
1. Ligero
   Premio Nobel de física 2014 (hermanos de Blue) para películas de semiconductores GaN industrialmente viables. ¡Basta de charla!
   
2. Sonido / audio
   Imán de neodimio para altavoces / auriculares.
   

   Varios auriculares intrauditivos tienen puntas antimicrobianas. Esto es posible gracias al uso de material de recubrimiento que restringe el crecimiento de bacterias.

3. Salud e higiene
   Los pañales y los productos sanitarios femeninos están hechos de polímero superabsorbente que, en su mejor momento industrial, puede absorber agua más de 1000 veces su peso.
4. Aislamiento
   El aislamiento eléctrico es proporcionado por el cloruro de polivinilo y las placas de circuito de plástico están hechas de polímeros a base de epoxi.
   
5. Adhesivos
   Superpegamento o cianoacrilato.
   Cintas, pegamento no tóxico.
6. Equipaje / Cuerda
   El equipaje liviano y resistente está hecho de polímeros como nylon, policarbonato, cuero y más. Las carpas y cuerdas también están hechas de nylon.
   
7. Botellas y Contenedores
   Las botellas de PET (tereftalato de polietileno) se utilizan de forma desenfrenada en todo el mundo. Este material también se puede reciclar fácilmente.
   
• Defensa
1. Kevlar es una fibra sintética que se utiliza para fabricar chalecos y cascos antibalas. También se usa para fabricar equipos deportivos como canoas livianas, cuerdas y zapatos (de Nike).
2. Tal como lo popularizó The Dark Knight (película de 2008), Nomex es un material ignífugo utilizado en aplicaciones de extinción de incendios.
3. Se utiliza material absorbente de radar o pintura de bola de hierro para cubrir los aviones y reducir su sección transversal del radar, haciéndolos prácticamente imposibles de detectar hasta que sea demasiado tarde.
   
4. El intensificador de imagen utilizado en NVD (dispositivo de visión nocturna) depende en gran medida de películas delgadas de óxido de aluminio sinterizado. La deposición de película delgada y la sinterización remontan su origen a la ciencia de los materiales.
• Ropa
1. La tela impermeable está hecha de polímeros como caucho, PVC, poliuretano.
2. Las telas de poliéster son mejores que las telas naturales, ya que tienen una mejor durabilidad y retención de color.
3. Spandex es un copolímero hecho de poliuretano y poliurea. Se utiliza para fabricar todo tipo de prendas, incluidas prendas activas, medias y ropa interior.
4. El cuero se produce procesando piel de animal para que sea duradero. Se utiliza para hacer chaquetas, zapatos, cinturones, etc.
5. El denim es un derivado del algodón mezclado con varios tintes para producir un material resistente y duradero utilizado en jeans, chaquetas, etc.
6. Nylon es el nombre industrial de los polímeros llamados poliamidas. Se utiliza para medias y, cuando las circunstancias lo exijan (la Segunda Guerra Mundial) se vista.