Adamantio, vidriagón y otros materiales fantásticos

Todos tenemos un material fantástico con el que soñar, ya sea un escudo irrompible como el que portaba el caballero del Dragón (Saint Seiya) o una cápsula minúscula de donde sale un vehículo a tamaño real (Bola de Dragón). Para Fátima Ternero y Juan Manuel Montes, autores de Ciencia de los Materiales Fantásticos, la fascinación por estos materiales extraordinarios nace quizás en los dibujos animados de Mazinger Z. Sabemos que toda tecnología lo suficientemente avanzada es indistinguible de la magia, de ahí que quiera preguntarle a una investigadora en materiales avanzados como Fátima si realmente estamos tan a la vanguardia, es decir, si la ciencia actual se parece a la magia. 

ANDRÉS LOMEÑA: Según parece, el vidriagón de Juego de Tronos existe: la obsidiana comparte algunas de sus propiedades y se usaba para fabricar armas. ¿La idea original del libro era identificar la parte real de los materiales fantásticos o quizás era solo una forma de seducir a futuros estudiantes de carreras STEM? Que conste que yo soy de letras y su proyecto de divulgación científica me ha ganado el corazón… 

FÁTIMA TERNERO: Me alegro, porque eso era parte del objetivo marcado. Queríamos infundir en el lector un espíritu crítico sobre los materiales que le ayudara a discernir lo que ya es plenamente factible y real, o lo será en breve plazo, de lo que aún sigue perteneciendo al mundo de lo mágico. La ciencia-ficción y la narrativa fantástica, que atraviesan un extraordinario momento en la actualidad, nos parecieron el cómplice perfecto. Pero también queríamos contar el increíble y tortuoso camino que ha debido recorrer la humanidad para llegar al grado de conocimientos sobre materiales que atesoramos actualmente. Queríamos introducir, aquí y allá, algunas pinceladas históricas que permitieran comprender la proeza conseguida. Por eso, debíamos empezar por el fuego; el principio transformador necesario en todos los procesos materiales, y hablar también de los materiales que lo permiten generar. 

Buscamos en las películas de Percy Jackson y no encontramos el nexo apropiado, así que miramos en la mitología (la literatura fantástica de épocas pasadas) y ahí encontramos a Prometeo y El oro de los dioses… Tras el fuego tenía que venir el vidrio, y aquí no tuvimos duda: el vidriagón de la serie Juego de Tronos podía darnos la excusa perfecta para desarrollar la cuestión. Y sí, el vidriagón se parece a la obsidiana, pero con algunas propiedades que parecen ser obra de la mano del hombre (de los antiguos valyrios, para ser exactos). ¿Qué podría ser el vidriagón para parecer obsidiana y, sin embargo, tener el fulminante efecto sobre los Caminantes Blancos que la obsidiana no tenía? ¿Qué le permitía brillar con luz propia? Se abre así un delicioso juego detectivesco, que tiene mucho que ver con el actual proceder de la Ingeniería y Ciencia de los Materiales.

A.L.: Ha explicado materiales fantásticos de diferentes tipos dirigiéndose a varias generaciones a la vez: el quinto elemento, la superaleación Z, la cavorita, el mithril o el vibranium. ¿Qué ha apreciado en la imaginación humana, desde su generación a la de los millennials, desde el punto de vista de la ingeniería de los materiales? Como profano, veo una fijación por los “metales inexistentes”, quizás porque cuesta menos fantasear con ellos que con los no metales (gases incoloros, por ejemplo).

F.T.: Los metales supusieron una auténtica revolución para la humanidad, y marcaron un antes y un después. Quizá quede algo en nuestro subconsciente colectivo de ese singular acontecimiento, porque lo cierto es que los metales nos siguen resultando fascinantes. No solo es la posibilidad de fundirlos y darles cualquier forma, ni la extraordinaria resistencia que pueden alcanzar (las piedras son demasiado quebradizas), también resulta extremadamente misterioso el hecho de que puedan ser extraídos de las rocas minerales. Esto último fue, por así decirlo, el segundo descubrimiento de los metales por el hombre. Porque los metales ya eran conocidos desde mucho antes, cuando solo se podían encontrar en forma de pepitas y eran extraordinariamente escasos. El dominio de las artes pirotécnicas nos abrió el camino de la extracción de los metales a partir de sus minerales y metió al ser humano en la edad de bronce y luego en la del hierro. 

La historia de cómo el hombre consiguió dominar el hierro (acero) es una de las aventuras más apasionantes relativas a los materiales y una estupenda lección acerca de todo lo que se puede conseguir mediante ensayo y error, y un puñado de hipótesis completamente erradas (puede ver un esbozo de esa emocionante aventura en el capítulo El acero valyrio). Aun con todo, hemos llegado hasta aquí. Y sabemos lo suficiente para entender las extraordinarias dificultades tecnológicas que habrían debido sortear los enanos de El Señor de los Anillos para extraer el mithril, porque son las mismas que hemos debido superar para extraer el aluminio o el titanio (que quizá sea el candidato que mejor encaja con el mithril). No disponemos aún de la superaleación Z, ni del vibranio (yo prefiero esta forma castellanizada), pero al menos sabemos que no son absolutamente imposibles, aunque rozan los límites de las inexorables leyes de la Física y de la Química. No es poco. 

La cavorita es quizás el más fantástico de todos los materiales tratados en el libro, y a la luz de las teorías físicas actuales, completamente imposible. Como también sería imposible el uru, el metal del que está hecho el martillo de Thor. Siempre nos quedará la magia… Sabemos, además, que todos los metales son cristales, esto es, que todos sus átomos están ordenados siguiendo un riguroso patrón que se repite en las tres direcciones del espacio. Pero, en los últimos años, hemos puesto mucho empeño en conseguir romper ese ordenamiento subyacente para que los metales fueran vidrios. Y se ha conseguido. Curioso, ¿verdad? No lo hemos hecho por capricho; buscamos el premio de unas propiedades insólitas.

A.L.: Se hablaba mucho del grafito de las raquetas cuando era niño. Como adolescente, recuerdo algunas discusiones sobre las virtudes del kevlar, como si aquello fuera un material de lo más común para nosotros. Actualmente, el grafeno se menciona tanto que casi me planteo si se trata de una broma. ¿Hay vida más allá del grafeno? Descúbrame algún otro material, aunque solo sea para poder sacar conversación con los amigos.

F.T.: Realmente, el grafeno no para de sorprendernos, como lo demuestra el hecho de que recientemente hayamos descubierto que cuando se superponen varias láminas de grafeno, giradas entre sí cierto ángulo «mágico», el conjunto se vuelve superconductor. La gente de a pie puede creer que el grafeno es un descubrimiento reciente, y en cierto modo lo es, porque no fue hasta hace poco tiempo cuando supimos de sus asombrosas propiedades. Pero el material, en sí mismo, es un viejo conocido del hombre, porque se hallaba escondido en el seno del grafito, que resulta ser un apilamiento de muchas laminillas (de espesor atómico) de grafeno. Cada vez que escribimos con lápiz de grafito extendemos laminillas de grafeno sobre la superficie del papel.

El grafeno y el grafito están constituidos por átomos de carbono. Los átomos de carbono son, por así decirlo, unos «artistas» muy polifacéticos en el mundo atómico; no solo originan el grafeno y el grafito, también el diamante, los denominados fullerenos y los nanotubos de carbono, además de resultar indispensables en las estructuras que dan soporte a la vida. Quizás los nanotubos de carbono estén llamados a consolarnos por el sueño roto (hasta el momento) de conseguir un material superconductor a temperatura ambiente. Los nanotubos de carbono tienen una elevadísima conductividad eléctrica (al menos mil veces superior a la de la plata, nuestro mejor conductor) por lo que, en principio, los cables creados con ellos podrían conducir elevadísimas intensidades de corriente. Queda el problema técnico de lograr fabricar nanotubos larguísimos para crear cableado con ellos. Quizá esto sea pan comido. Quizá no. Veremos.

¿Te vale con esto para presumir con los amigos? Por si no fuera suficiente, aquí tienes algo más: recientemente, hemos conocido que el carbono no es el único elemento capaz de formar láminas de grosor atómico con propiedades prodigiosas. Ya en los años noventa del siglo pasado, algunos investigadores barajaron la posibilidad teórica de que los átomos de boro pudieran repetir la hazaña del carbono. Por semejanza, el nuevo material teórico fue denominado borofeno. Pero no fue hasta el año 2015 cuando aquella posibilidad teórica pudo confirmarse experimentalmente. El retraso se debió a la extraordinaria complejidad de la síntesis. Quizá dentro de poco se hable tanto de este material como del grafeno.

A.L.: ¿Qué propiedades le interesan más en la investigación o a cuáles les ve más futuro? Pienso en la conductividad, la viscosidad, la invisibilidad o la dureza.

F.T.: Muchas, pero desgraciadamente, con el ritmo frenético de la investigación actual, para poder ser eficaces y productivos es necesario especializarse mucho y acotar muy bien el campo de investigación. «La mies es mucha» y el tiempo escaso. De modo que hay que centrarse y aprovechar el esfuerzo realizado previamente. Mi tesis doctoral versó sobre catalizadores creados a partir de nanopartículas metálicas; unas esferitas metálicas de unos pocos nanómetros de diámetro (el nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). Ahora trato de aprovechar ese bagaje de conocimientos para conseguir introducir las nanopartículas en las rutas de fabricación de piezas a partir de polvos metálicos (conocida como pulvimetalurgia). La tarea no está exenta de dificultades, porque las vías empleadas convencionalmente no valen, pero el premio es un acicate: las piezas resultantes podrían tener propiedades magnéticas singulares, como reducir las pérdidas energéticas de los dispositivos creados con ellas.

Los materiales magnéticos no son algo reciente (véase el capítulo del libro La piedra de Magnesia), pero en los últimos años sus propiedades han mejorado muy significativamente. Muchas aplicaciones que demandan estos materiales crecerán en los próximos años por la irrupción del transporte eléctrico a gran escala, tanto terrestre como aéreo, y la exigencia de mejoras en la eficiencia de transformadores y generadores eléctricos, en aplicación de los protocolos de cambio climático. Me reconforta pensar que estoy trabajando en una línea de investigación con futuro. Pero te confieso que cualquier otro campo me habría resultado igualmente apasionante, como la superconductividad o la invisibilidad lograda con metamateriales, propiedades que tienen su rincón en el libro, en los capítulos La piedra de Pandora y El invisibilio, respectivamente.

A.L.: He leído que el “fullerito” es más duro que el diamante. ¿Es así?

F.T.: En efecto, los fulleritos o fulleritas, que son cristales de fullerenos, pueden alcanzar durezas superiores a la del diamante. Y no son los únicos materiales que logran esa proeza. En el capítulo del libro que lleva por título El adamantio (de nuevo, prefiero el término castellanizado) se describen algunos de esos portentosos materiales, capaces de rayar al diamante, y que habitualmente son conocidos como hiperdiamantes.

A.L.: Vale, ya nos hemos divertido bastante, pero me imagino que ahora toca hincar codos y estudiar química, ¿no? Le confieso que yo no sabría ni por dónde empezar… bueno, supongo que por la tabla periódica de los elementos.

F.T.: Bueno, no es mal comienzo. Los elementos puros son la base, así que conocer a fondo sus propiedades individuales es parte de nuestra tarea. Pero a menudo los materiales ingenieriles están formados por combinaciones de más de un elemento (a veces, muchos). Solo así es posible alcanzar la diversidad de propiedades que perseguimos. Muy pocos materiales se emplean en estado elemental. El precio a pagar por incluir todo un elenco de actores es que todo se complica. Por ejemplo, un acero moderno de características avanzadas puede llegar a contener unos 300 componentes de composición controlada. A nadie se le escapa que conocer y comprender la interacción de todos esos ingredientes debe resultar una tarea extraordinariamente compleja. ¿No le parece?

Pero la Ciencia e Ingeniería de los materiales va más allá. Esta disciplina se formó con los aluviones de la metalurgia, de la cerámica tradicional, de las artes del vidrio y, mucho más tarde, de la industria de los plásticos. Pero hoy día forma un cuerpo doctrinal que no podría entenderse sin las aportaciones de la Física, de la Química y de la Ingeniería modernas. Una disciplina compleja, con múltiples facetas y con un fantástico futuro, solo limitado por nuestro actual conocimiento científico y nuestra imaginación. No todos los campos del saber pueden presumir de lo mismo.

A.L.: Una pregunta más personal. ¿Cómo es su carácter? ¿Duro, elástico, plástico, dúctil?

F.T.: Vaya. ¡Una buena pregunta! Todas esas opciones pueden ser buenas cualidades, dependiendo de las circunstancias. Pero yo creo que me toca ser tenaz. En Ciencia de los Materiales un material tenaz es aquel que, sometido a golpes o impactos, es capaz de admitir mucha deformación antes de romper. Según la RAE, una persona es tenaz cuando es perseverante y pertinaz en sus propósitos. Siempre supe que me gustaba la investigación; en la Universidad también he descubierto que adoro la docencia y la divulgación. Así que no tengo dudas de que en la Universidad está «mi sitio». Sin embargo, aún no he conseguido plaza estable allí, lo que tiene bastante que ver con unos criterios de selección demasiados sesgados hacia los méritos investigadores. Entiéndaseme, la investigación es muy importante, pero no puede asumirse que un excelente investigador es, per se, un buen docente. Y eso, por extraño que le parezca, es lo que muchos criterios de selección presuponen hoy día. La cualidad docente no está correctamente valorada. Así que me toca ser tenaz. No me queda otra.

A.L.: Deseo que se agote la primera edición de Ciencia de los materiales fantásticos para que la editorial tenga que publicar la segunda. Si no tuviera límites presupuestarios y quisiera evitar la celulosa, ¿de qué sustancias o materiales haría su libro?

F.T.: Yo también espero que se agote pronto. El libro ha gozado de una estupenda acogida en los estudios de bachillerato, además de su vertiente de divulgación, que fue nuestra intención original. Ya tenemos preparado material adicional para una segunda edición, si fuera el caso.

Respecto al soporte material de los libros, no es fácil buscar un sustituto al papel. ¡Le debemos tanto a ese material que nos ha permitido expandir y universalizar nuestra memoria y conciencia colectivas! Adoro los libros en papel, aunque quizá los tiempos manden y el soporte digital acabe imponiéndose. Quizá en el futuro tengamos libros digitales, aunque no como los entendemos hoy. Tal vez seguirán estando formados por hojas, aunque hechas de un material polimérico (plástico) que sirviera de soporte a una delgadísima lámina de grafeno. Hojas que podrían escribirse y reescribirse miles de veces, como un palimpsesto infinito. Pero, pensándolo mejor, la respuesta a tu pregunta, «¿de qué deberían estar hechos los libros?», solo puede ser una: de la materia de los sueños, naturalmente.

Gracias, Fátima, por este “material fantástico” en forma de entrevista.

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