Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha diseñado el que podría ser el material más ligero y más fuerte jamás conocido, gracias a un proceso que ha consistido en comprimir y fundir de escamas de grafeno.
El grafeno es uno de los elementos químicos más importantes de la naturaleza, que se consigue a través del carbono. Se descubrió en la década de los años 30, pero su utilización no arrancó hasta comienzos de este nuevo siglo. Nace de la agrupación de pequeñas partículas de carbono en láminas bidimensionales muy finas.
Múltiples aplicaciones
Se trata de un material muy práctico, pues sus aplicaciones abarcan desde la elaboración de ordenadoreso dispositivos móviles hasta la fabricación de aviones y satélites, aunque su utilidad se extiende, incluso, a la protección del medio ambiente (por sustituir materiales contaminantes) o al ámbito sanitario. Además, se trata de un material muy duro, resistente, flexible y realmente ligero, lo que le confiere una gran maleabilidad.
En su forma bidimensional, se cree que el grafeno es el más fuerte de todos los materiales conocidos. Pero los investigadores, hasta ahora, han tenido dificultades para traducir esa fuerza bidimensional en materiales tridimensionales útiles. El MIT ha conseguido resolver el problema analizando el comportamiento individual de los átomos que componen la estructura del material.
El equipo ha podido comprimir pequeños copos de grafeno, usando una combinación de calor y presión. Este proceso produjo una estructura fuerte y estable, cuya forma se asemeja a la de unas criaturas microscópicas llamadas diatomeas. Estas formas demostraron ser notablemente fuertes y permitieron su aplicación 3-D.
"Una vez que creamos estas estructuras tridimensionales, queríamos ver cuál era el límite: cuál es el material más fuerte posible que podemos producir", afirma Qin, uno de los científicos que ha participado en el proyecto.
El resultado de esto ha sido la creación de un nuevo material con una configuración similar a la de una esponja y cuya densidad es de tan solo un 5%. De esta forma, se ha conseguido que la estructura porosa de grafeno pueda tener una resistencia 10 veces mayor que la del acero y realmente ligero.
Las formas geométricas inusuales que el grafeno forma naturalmente bajo calorse ven como una bola de Nerf, redonda, pero llena de agujeros. Esta compleja forma se conoce como gyroids.
La misma geometría podría incluso aplicarse a materiales estructurales a gran escala, como por ejemplo, el hormigón para la estructura de un puente. Este se realizaría con dicha geometría porosa, proporcionando una fuerza comparable con una fracción del peso. Este enfoque tendría el beneficio adicional de proporcionar un buen aislamiento, debido a la gran cantidad de espacio aéreo cerrado dentro de él.
Además, como esta forma está plagada de espacios muy pequeños, el material también puede encontrar su aplicación en algunos sistemas de filtración, ya sea para procesamiento de agua o químico. Según los investigadores, las descripciones matemáticas derivadas de este grupo podrían facilitar el desarrollo de una gran variedad de aplicaciones aún por descubrir.
Referencia: Zhao Qin, Gang Seob Jung, Min Jeong Kang, y Markus J. Buehler. “The mechanics and design of a lightweight three-dimensional graphene assembly”, Journal Science. DOI: 10.1126/sciadv.1601536
