Descubren un innovador material superfuerte y ligerO
Este novedoso material se podría usar para fabricar aviones, camiones y electrodos de batería.
Un nuevo tipo de material, formado
por tirantes a nanoescala cruzados como las vigas de una diminuta torre
Eiffel, es una de las sustancias más fuertes y ligeras que se haya
fabricado jamás.
Si los investigadores son capaces de saber cómo
fabricarlo en grandes cantidades, se podría usar como material
estructural para fabricar aviones, camiones y electrodos de batería.
Investigadores
dirigidos por la científica de materiales del Instituto de Tecnología
de California, Julia Greer, descubrieron que gracias a un cuidadoso
diseño de los tirantes y las uniones a nanoescala, podían fabricar
cerámica, metales y otros materiales capaces de recuperarse después de
verse aplastados, como una esponja. Los materiales son muy fuertes y lo
suficientemente ligeros como para flotar por el aire como una pluma. El
trabajo lo acaba de publicar la revista Science.
En los
materiales convencionales, la fuerza, el peso y la densidad están
correlacionados. La cerámica, por ejemplo, es fuerte pero también pesada
así que no se puede usar como material estructural, en el que el peso
es un factor clave, en las carrocerías de los coches por ejemplo. Y
cuando la cerámica falla tiende a fallar de forma catastrófica,
rompiéndose en mil pedazos como el cristal.
Pero en la nanoescala
no operan las mismas reglas. En esta escala las propiedades
estructurales y mecánicas de la cerámica están menos relacionadas con
propiedades como el peso y se pueden variar con mayor precisión.
"En
el caso de la cerámica, cuanto más pequeño, más resistente", explica
Greer, que fue una de los 35 Innovadores Menores de 35 de MIT Technology
Review en 2008, por su trabajo sobre la mecánica a nanoescala. Esto
significa que los tirantes a nanoescala hechos de materiales cerámicos
pueden ser a la vez muy ligeros -algo que no sorprende ya que son
prácticamente aire- y extremadamente fuertes.
En 2011, trabajando
con investigadores de HRL Laboratories, una empresa privada de
investigación en ingeniería, Greer creó uno de los materiales más
ligeros que se hayan hecho nunca, una microcelosía de tubos metálicos
huecos. Después eligió enfrentarse a un reto mayor: hacer cerámica con
propiedades parecidas. Para ello tuvo que refinar las estructuras a
nanoescala, lo que significa que los materiales son aún más difíciles de
producir.
Para hacer los nanotirantes de cerámica, el
laboratorio de Greer usa una técnica llamada litografía de interferencia
con dos fotones. Se parece a una impresora láser 3D de muy baja
producción.
Primero usan este método para crear la estructura
deseada, una celosía, con un polímero. La celosía de polímero se cubre a
continuación con una cerámica como la alúmina. Usando plasma de oxígeno
se graba el polímero, quemándolo, y dejando una celosía de tubos
cerámicos huecos.
El laboratorio de Greer ha comprobado que
cambiando el grosor de las paredes del tubo se puede controlar el punto
de fallo del material. Cuando las paredes son gruesas la cerámica se
rompe bajo presión como cabría esperar. Pero los tirantes con paredes
más finas, de apenas 10 nanómetros, se doblan bajo presión y después
recuperan su forma original.
"No esperas que estos materiales
recuperen su forma, esperan que se quiebren y rompan", afirma el
ingeniero especializado en fabricación de materiales del Laboratorio
Nacional Lawrence Livermore del Departamento de Energía de Estados
Unidos en California, Christopher Spadaccini.
Los nuevos
materiales podrían ser especialmente interesantes para su uso en
baterías, según señala el ingeniero mecánico del Instituto de Tecnología
de Massachusetts, Nicholas Fang, quien también trabaja en
nanoestructuras cerámicas. Las nanoestructuras tienen una superficie muy
grande y son ligeras, una combinación que podría servir para crear una
batería de carga rápida que almacenase mucha energía en un paquete muy
práctico. De hecho, Greer afirma que está colaborando con la empresa
alemana de electrónica, Bosch, para aplicar sus diseños a las baterías
de ión-litio.
www.technologyreview.com
Reerditado: Eurofinestra.com
Badalona 2014
