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Investigadores de Estados Unidos han desarrollado un material con el mismo peso y densidad de un aerogel – un material conocido como el «humo congelado» -, pero con 10.000 veces más rigidez. El hallazgo corresponde al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y se publica en ‘Science’
Este material, desarrollado con procesos de microfabricación de aditivos, podría tener un profundo impacto en la industria aeroespacial y de automoción, así como otras aplicaciones donde se necesitan materiales de peso ligero, de alta rigidez y alta resistencia.
Se trata de materiales artificiales con propiedades que no se encuentran en la naturaleza, que mantienen una rigidez casi constante por densidad de unidad de masa, incluso a una densidad ultrabaja. Los materiales con estas propiedades podrían algún día ser utilizados para desarrollar piezas y componentes para aviones, automóviles y vehículos espaciales.
La mayoría de los materiales celulares ligeros tienen propiedades mecánicas que se degradan sustancialmente con densidad reducida porque sus elementos estructurales son más propensos a doblarse bajo carga aplicada. Los metamateriales del equipo, sin embargo, presentan propiedades ultrarrígidas través de más de tres órdenes de magnitud de la densidad.
«Estos materiales ligeros pueden soportar una carga de por lo menos 160.000 veces su propio peso«, dijo el ingeniero del LLNL Xiaoyu «Rayne» Zheng, autor principal del artículo de Science. «La clave de esta rigidez es que todos los elementos micro-estructurales de este material han sido diseñados para ser más constreñidos y no doblarse bajo carga aplicada.»
POLÍMEROS, METALES Y CERÁMICA
La alta rigidez observada se demuestra cierta con múltiples materiales constituyentes, tales como polímeros, metales y cerámica, de acuerdo con las conclusiones del equipo de investigación.
«Nuestros materiales tienen propiedades que se rigen por su trazado geométrico en la microescala, en comparación con la composición química», dijo el ingeniero Chris Spadaccini, autor del artículo, quien dirigió el equipo de investigación conjunta. «Hemos fabricado estos materiales con la proyección de micro-estereolitografía.»
Este proceso de micro-fabricación aditiva implica el uso de un chip de pantalla de microespejo para crear piezas de alta fidelidad 3D de una capa a la vez procedentes de materiales de alimentación fotosensibles. Esto permitió generar rápidamente materiales con geometrías complejas de micro-escala 3D que son de otro modo difícil o, en algunos casos, imposibles de fabricar.
«Ahora podemos imprimir un material rígido y resistente usando una una máquina de escritorio», dijo el profesor del MIT y colaborador clave Nicholas Fang. «Esto nos permite realizar rápidamente muchas piezas de la muestra y ver cómo se comportan mecánicamente.»
