El Instituto de Investigaciones en Materiales cumple cincuenta años de actividades, con la misión de generar conocimiento científico y tecnológico de calidad para su aprovechamiento en los sectores académico, productivo y social, y que contribuya a la solución de problemas de interés nacional sin descuidar la ciencia básica.

Los orígenes del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM (IIM) son más bien modestos. Hace exactamente medio siglo, el rector Javier Barrios Sierra encomendó al doctor Luis Antonio Nieto la tarea de echar a andar un centro de investigación en el amplio campo de los materiales.

Consciente de las necesidades del país, Barros Sierra había impulsado la consolidación de institutos como los de Física y Química. El rector “se dio cuenta que más allá de la ciencia pura, había necesidad de hacer algo más tecnológico, más aplicado”, apunta el doctor Israel Betancourt Reyes, actual director del IIM, quien junto con la doctora Rocío de la Torre Sánchez, secretaria de Vinculación, nos abre las puertas del Instituto para abundar sobre su historia, los planes actuales y el futuro que atisban.

Orígenes

En la remembranza, el doctor Betancourt refiere que tocó a Luis Antonio Nieto crear el Centro de Materiales, del que fue el primer director. “Prácticamente Barrios Sierra le dijo al doctor Nieto: ‘Bueno, tú vas a empezar el Centro de Materiales. Aquí están los recursos para iniciar: una mesa, una silla y una secretaria en el 9º Piso de la entonces Torre de Ciencias de Ciudad Universitaria.’ Y así empezamos. Así fue el origen del Centro de Materiales en febrero de 1967”, indica el doctor Betancourt.

A pesar de ese arranque más bien modesto, el doctor Nieto supo aprovechar lo que la Universidad puso a su servicio. Fue así que contrató al primer par de investigadores que iniciaron actividades: los doctores Juan Antonio Careaga y Eric Mayer, uno de los cuales “trabajaba en temas de criogenia, usando enfriamiento con nitrógeno líquido”, reseña el director del IIM. Ese conocimiento sería muy útil a la postre, al permitirles fundar el primer laboratorio de licuefacción de helio y nitrógeno en el entonces Centro de Materiales, infraestructura única en México en ese entonces.

Los investigadores propusieron y desarrollaron un proyecto para congelar el subsuelo del edificio donde se iba a hacer la cimentación del inmueble que ahora alberga la Lotería Nacional. Y tuvieron éxito. “Las pruebas que hicieron los doctores Mayer y Careaga, al inyectar nitrógeno líquido para congelar el subsuelo, facilitaron las labores de cimentación del edificio. De esa forma, los proyectos del entonces Centro de Materiales iniciaron con una clara tendencia a la aplicación tecnológica”, reseña el doctor Betancourt.

El arranque se dio con una sola área, orientada a materiales y criogenia. Más tarde se definieron nuevas temáticas de investigación, lo que coincidió con la llegada de otros especialistas. En una segunda oleada, se incorporaron expertos con más formación en física o química, lo que dio inicio a proyectos enfocados al estudio de propiedades electrónicas de materiales, como la superconductividad, así como líneas de investigación en materiales metálicos, cerámicos y poliméricos. Esas áreas, de hecho, constituyeron la primera división para la estructura departamental del Centro, asentó el doctor Betancourt.

A la pregunta sobre las necesidades a las que respondió la creación del Centro de Materiales, el titular del IIM refiere que en ese entonces se buscaba concretar desarrollo tecnológico en proyectos específicos relacionados con propiedades de materiales a bajas temperaturas y materiales para uso en la ingeniería civil. “Esa fue la necesidad. Para ello se buscó la confluencia de estudios en física, química e ingeniería; no por separado, sino en colaboración interdisciplinaria para desarrollar aplicaciones prácticas”, agrega el también investigador.

Tiempo presente

• Cincuenta años más tarde, el Instituto de Investigaciones en Materiales se encuentra constituido por cinco departamentos y la unidad Morelia, en la capital michoacana. En el Departamento de Polímeros, se investiga sobre productos avanzados y nanocompuestos “que puedan tener aplicaciones en campos como la microelectrónica y optoelectrónica. Se desarrolla trabajo en recubrimientos dieléctricos que puedan tener aplicaciones como semiconductores y conductores orgánicos”, refiere la página del IIM.
• También cuenta con el Departamento de Metales y Cerámicos, donde hay investigadores desarrollando piezas con diferentes características y propiedades. Se trata de “aleaciones con propiedades magnéticas, para aplicaciones estructurales, aceros, aluminios. De la parte de los cerámicos, tenemos gente que está estudiando propiedades eléctricas y de transporte para celdas de combustible”, externa el doctor Betancourt.
• En el Departamento de Materiales de Baja Dimen-sionalidad, se investigan películas delgadas o nanopartículas para aplicaciones diversas en los ámbitos de energía, catálisis, aplicaciones médicas y desarrollo de tecnologías limpias, entre otras, agrega el director del IIM.
• El Departamento de Materia Condensada y Criogenia está constituido por “un grupo de físicos que se encarga de estudiar, entre otros temas, las propiedades térmicas y de transporte de materiales a bajas temperaturas, como la superconductividad. Asimismo, se analizan las propiedades electromecánicas, térmicas, ópticas y magnéticas en nuevos materiales. Además de estudios experimentales, se realizan simulaciones de nuevos materiales, incluyendo sus propiedades físicas y químicas”, asienta el doctor Betancourt.
• Por último, refiere las actividades de investigación del Departamento de Reología y Mecánica de Materiales, en el que los investigadores ponen énfasis en las propiedades reológicas (es decir, de flujo) y mecánicas de materiales complejos, tales como polímeros, compuestos, nanocompuestos, emulsiones, petróleo y materiales granulados, entre otros. Asimismo, se efectúan simulaciones por computadora de la materia condensada blanda para comprender el estudio del autoensamblaje de moléculas anfifílicas para investigar la retención de moléculas contaminantes. Otra línea de trabajo en este Departamento abarca el estudio de los mecanismos de deformación y falla de materiales no lineales.

Experiencias exitosas

En la conversación participa la doctora Rocío de la Torre Sánchez, secretaria de Vinculación del Instituto, quien refuerza la explicación ofrecida por el doctor Betancourt a propósito del trabajo desplegado en reología del petróleo.

“Normalmente escuchamos que en los campos la producción petrolera está en declinación. Sin embargo, lo que sucede es que gran parte de este petróleo residual es muy pesado, muy viscoso”, detalla la investigadora. Por esta razón, en el Departamento de Reología se impulsan líneas de trabajo para estudiar este tipo de fluidos para identificar sus condiciones de viscosidad. “Lo que se está buscando es impulsar un laboratorio donde se puedan estudiar aspectos reológicos y físico-químicos del petróleo, que complementen el desarrollo de campos petroleros, su explotación, producción y los procesos de refinación. Es un área de oportunidad muy importante, y ya que contamos con expertos muy reconocidos en el área de reología, la contribución que se puede realizar en este ámbito sería muy considerable”, asienta.

Un proyecto muy exitoso desarrollado en el IIM se relaciona con el reciclaje de materiales, en particular con el reúso de plásticos. Al respecto, el doctor Betancourt apunta que hay la idea generalizada de que hacer biodegradables a los plásticos es ecológico. Sin embargo, advierte que el problema de la biodegradabilidad es que se tienen los mismos o más requerimientos para seguir haciendo plástico. “Esa no es la opción. La opción debe ser reciclar. Porque en el reciclado se ahorra la necesidad de seguir explotando la naturaleza para extraer los insumos para producir plástico. Si se recicla, se ahorra o disminuye ese impacto en la explotación de los recursos naturales, tanto en la quema de combustibles, como en la explotación de los insumos necesarios. Si se recicla con tecnologías que permitan obtener plásticos que tengan un desempeño mecánico mejor, se pueden encontrar alternativas muy amplias de aplicación”, afirma.

Al respecto, apunta que uno de los problemas de contaminación más graves que enfrentamos en la actualidad es el generado por las llantas que llegan al fin de su vida útil, y que ya no se pueden reusar. “Se le ha dado un uso medio artificial, en el sentido de trozarlas y quemarlas, pero eso genera una contaminación terrible. Aquí en el Instituto, uno de nuestros investigadores en Polímeros y su grupo se han dedicado a tratar de recuperar el monómero que constituye el material polimérico de las llantas, mediante un proceso químico, lo más sencillo y verde posible para volver a hacer más llantas o para desarrollar otro tipo de productos. Ese tipo de aspectos también nos ocupan, y la ciencia de materiales tiene un lugar central en el desarrollo de nuevas tecnologías”, expone.

En este orden de ideas, destaca que hace poco más de dos años se aplicó una tecnología de producción de poliestirentereftalato (mejor conocido como PET), a partir de material reciclado y reforzado con arcillas nanoestructuradas, para la construcción de trajineras de plástico en Xochimilco. “El problema de la producción y el mantenimiento de trajineras es de gran relevancia para el desarrollo sustentable de la actividad turística en Xochimilco, debido a que estas embarcaciones se construyen tradicionalmente con la madera de un árbol endémico de la zona. De acuerdo con la Asociación de Trajineros, con el debido mantenimiento y cambio de piezas, una trajinera puede durar entre cuatro y cinco años, lo que implica el derribo de más árboles en una parte de la Ciudad de México que de por sí enfrenta una considerable presión sobre sus ecosistemas”.

Hay cientos de trajineras en Xochimilco, y eso ya representa un problema ecológico serio, debido a que el consumo de árboles para seguir produciendo y manteniendo estas embarcaciones en lugar de disminuir se mantiene, e incluso aumenta con el tiempo.

“La Secretaría de Ciencia y Tecnología de la Ciudad de México nos buscó como instituto especialista en polímeros para desarrollar el proyecto y nosotros aplicamos la tecnología mencionada para que se diseñara y construyera el prototipo de trajinera con PET reciclado, el cual se presentó con gran éxito en el 2015. Estas trajineras de plástico reciclado pueden durar hasta 100 años con mantenimiento mínimo. Si bien la tecnología no se explota aún de forma extensiva, cuando esté disponible el beneficio que tendrá impactará positivamente no solamente a los trajineros, sino también a todo el ecosistema de Xochimilco, ya que no vamos a necesitar cortar más árboles. Esa es la dimensión del beneficio que produce el desarrollo tecnológico en materiales que hacemos”, afirmó el doctor Betancourt.

Este mismo plástico se puede construir en forma de durmiente para las vías del metro. Y es que las piezas actuales están hechas también con la madera de árboles. El doctor Betancourt afirma: “Son miles de durmientes los que hay que producir, y tienen una vida muy corta, porque es madera; en algunos casos se moja, se expone al sol y no puede ser cualquier tipo de árbol, porque este es uno cuyas fibras presentan la resistencia mecánica que se requiere. No se puede poner pino, por ejemplo, debido a que no soportaría de la misma manera los esfuerzos mecánicos que producen los trenes al pasar sobre él”. Sin embargo, acota que con el mismo proceso de mezclado de polímeros con el que se elaboran las trajineras de Xochimilco, se podrían producir durmientes de plástico, que sería un producto reciclado que mejora las propiedades de la madera que usamos actualmente. “Le transferimos la patente a otra empresa, que se va a encargar de producir esos durmientes para que el metro ya no ocupe madera de árboles, sino plástico reciclado”, finaliza el investigador.

A cincuenta años del inicio de sus actividades académicas, el Instituto de Investigaciones en Materiales, a través de su comunidad académica y administrativa, refrenda su compromiso para continuar con la investigación científica y tecnológica de vanguardia sobre la estructura, las propiedades, los procesos de transformación y el desempeño de los materiales; para formar recursos humanos de excelencia en el área de ciencia e ingeniería de materiales, y para seguir contribuyendo a la aplicación tecnológica de los materiales y su vinculación con el sector productivo, aportando así herramientas para la solución de problemas nacionales.

por Yassir Zárate Méndez