21 de enero de 2017

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Cómo imprimir 3D grafeno más ligero que el aire y 10 veces más fuerte que el acero

Cómo imprimir 3D grafeno más ligero que el aire y 10 veces más fuerte que el acero

Cómo imprimir 3D grafeno más ligero que el aire y 10 veces más fuerte que el acero
enero 10
12:51 2017

Investigadores del MIT acaban de descubrir la forma de imprimir grafeno en 3D, de forma que resulte más ligero que el aire pero mucho más fuerte que el acero, concretamente, 10 veces más. Es la primera vez que se obtienen estructuras con esta fuerza y resistencia.

Según Computerworld, con este avance se podrá crear objetos de grafeno extremadamente ligeros, a la vez que resistentes, en tres dimensiones, lo que abre la puerta a su uso en aviones, coches o edificios. También en equipos de filtrados, si se utilizan diseños porosos en la impresión.

Esto no es posible si se utiliza grafeno en dos dimensiones, porque entonces es casi transparente, flexible como una hoja de papel, y se rompe con facilidad. No obstante, al igual que en 3D, el grafeno es capaz de conducir la electricidad de forma eficiente.

La consecución de objetos en tres dimensiones, elaborados a partir de este material, ha llevado bastante tiempo ya que, debido a su delgadez, no se podía usar en la fabricación de vehículos o dispositivos, o en la construcción de edificios. Pero, tal como afirma el responsable del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del MIT, Markus Buehler, “lo que hemos conseguido es llevar a la realidad el deseo de convertir estos materiales de 2D en estructuras tridimensionales“.

Para crear grafeno en 3D, los investigadores utilizaron una impresora de diseño propio, capaz de imprimir con múltiples materiales. Con ella han conseguido unas estructuras con una disposición similar a la de una esponja, y con una densidad de solo el 5%.

A partir de ellas, y mediante la combinación de calor y presión, los investigadores han logrado comprimir pequeños copos de grafeno para dar lugar a una estructura fuerte y estable “con una forma parecida a la de algunos corales o de unas criaturas microscópicas llamadas diatomeas“. Estas nuevas formas de grafeno tenían una superficie con un área enorme en relación a su volumen, y eran extremadamente fuertes.

Publicación del estudio

Los investigadores han publicado un estudio con sus resultados en la revista Science Advances, en el que informan de las densidades críticas por debajo de las que la estructura del grafeno en 3D empieza a perder su ventaja mecánica con respecto a la mayoría de materiales celulares poliméricos. Uno de los autores es el profesor Zhao Qin, que explica que una vez que crearon estas estructuras en 3D querían ver dónde está el límite y cuál es el material más fuerte que pueden producir.

Además de desarrollar estructuras, los investigadores querían ver su fuerza, para lo que crearon varios modelos tridimensionales y los sometieron a una batería de pruebas. Y vieron que, además de ser más fuertes, estas estructuras eran capaces de soportar bastante peso.

Pero no solo eso, sino que también lograron desmontar una de las creencias previas sobre el grafeno. Dado que este material puede ser más ligero que el aire, se especulaba con que, al utilizarlo en el vacío, podría ser un sustituto del helio. Pero esta investigación, que utiliza un modelo computacional más preciso, lo ha descartado porque el material que se utilizaría para sustituir al helio a partir del grafeno no tendría la fuerza suficiente y colapsaría debido a la presión del aire.

Pero los investigadores del MIT han dado con otras aplicaciones para las estructuras de grafeno en 3D que han desarrollado. Así, podrá emplearse en situaciones y elementos en los que la combinación de una fuerza extrema y una gran ligereza sean lo más adecuado. En palabras de Buehler, “podría utilizarse, o bien el grafeno en su estado original o emplear la geometría que hemos descubierto en combinación con otros materiales, como polímeros o metales. Se puede sustituir el propio material con cualquier cosa. La geometría es el factor dominante, y es algo que tiene el potencial para transferir muchas cosas“.

Foto: AlexanderAIUS.

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Fernanda Ortiz

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