Un nuevo supermaterial: ligero, resistente y flexible

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El sueño de todo ingeniero de estructuras hecho realidad: un material ultraligero, sumamente resistente y de una gran flexibilidad. Eso es lo que acaban de anunciar investigadores del CalTech, el Instituto Tecnológico de California. El problema es que por ahora solo se ha conseguido fabricar estructuras microscópicas, del orden de las micras.

Un supermaterial - imagenSin embargo, los autores del trabajo afirman que si se consiguiera desarrollar la tecnología para fabricar piezas del tamaño adecuado, se podría aplicar en la construcción de aviones y coches sumamente ligeros y resistentes, con lo que aumentaría enormemente su rendimiento. También tendría aplicación inmediata en la fabricación de baterías más ligeras y de carga rápida, debido a la gran superficie que presentan estos materiales.

El trabajo, publicado en la revista Science, describe un proceso de fabricación de estructuras tipo celosía (como las de la Torre Eiffel o de una grúa de la construcción) que resulta en materiales tan ligeros que flotan en el aire, sumamente resistentes y tan flexibles que se pueden comprimir hasta la mitad de su tamaño y recuperan la forma original. El material del que están hechas estas nanoestructuras es cerámico (alúmina), aunque afirman haber conseguido resultados similares con metales.

En un material convencional, la resistencia, el peso y la densidad están relacionados y, en el caso de los materiales cerámicos, además de ser pesados, cuando fallan tienden a hacerlo de forma catastrófica, rompiéndose en pedazos como el cristal. Pero a escalas nanométricas las reglas son diferentes y sus propiedades no dependen tanto del peso y se pueden ajustar con más precisión.

El proceso de fabricación de estas estructuras microscópicas comienza con la creación de la estructura deseada con un polímero, mediante la técnica de fotolitografía por interferencia de dos fotones (conceptualmente similar a la impresión 3D). A continuación la estructura se recubre con el material final deseado, en este caso alúmina, y finalmente se elimina el polímero mediante un proceso químico. De esta forma hemos conseguido la estructura en celosía hecha con tubos huecos de alúmina.

Los investigadores variaron el espesor de las paredes del tubo de alúmina y el diámetro del mismo para analizar sus propiedades, especialmente el modo de fallo, observando que con paredes gruesas la alúmina se rompe en fragmentos con la presión, pero con paredes finas, de 10 nanometros (un nanómetro es una millonésima de milímetro), se encoge y al cesar la presión recupera su forma, algo similar al comportamiento de una esponja

Los autores del trabajo afirman estar colaborando con un importante fabricante de baterías de ión litio, pues este tipo de material, muy ligero por estar hecho de tubos huecos y que presenta una gran superficie por su estructura, es especialmente adecuado para fabricar baterías de carga rápida y gran capacidad. Para fabricar piezas de un tamaño mayor, los investigadores se plantean crear diferentes nanoestructuras que luego se ensamblarían para formar otras mayores, igual que en el juego de construcción Lego; esto permitiría crear materiales con propiedades definidas a priori.

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