Diseñaron un material 3D con forma de coral 10 veces más fuerte al acero

Un equipo de ingenieros del MIT ha diseñado con éxito un nuevo material tridimensional con un 5% la densidad de acero y 10 veces su resistencia, lo que lo convierte en uno de los materiales ligeros más fuertes conocidos.

Los hallazgos están siendo reportados en la revista Science Advances, en un artículo de Markus Buehler, director del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT y el profesor de ingeniería de McAfee; Zhao Qin, un científico científico de la CEE; Gang Seob Jung, un estudiante graduado; y Min Jeong Kang MEng, un recién graduado.

Otros grupos habían sugerido la posibilidad de tales estructuras ligeras, pero los experimentos de laboratorio no habían logrado coincidir con las predicciones.

El equipo del MIT decidió resolver el misterio analizando el comportamiento del material hasta el nivel de los átomos individuales dentro de la estructura. Fueron capaces de producir un marco matemático que se ajusta muy de cerca a las observaciones experimentales.

Los materiales bidimensionales - básicamente chapas planas que son sólo un átomo de espesor, pero pueden ser indefinidamente grandes en las otras dimensiones - tienen una fuerza excepcional, así como propiedades eléctricas únicas.

Pero debido a su extraordinaria delgadez, "no son muy útiles para fabricar materiales tridimensionales que puedan utilizarse en vehículos, edificios o dispositivos", dice Buehler.

El equipo fue capaz de comprimir pequeñas escamas de grafeno utilizando una combinación de calor y presión.

Este proceso produjo una estructura fuerte y estable, cuya forma se asemeja a la de algunos corales y criaturas microscópicas llamadas diatomeas.

Estas formas, que tienen una superficie enorme en proporción a su volumen, resultaron ser notablemente fuertes.

"Una vez que creamos estas estructuras tridimensionales, queríamos ver cuál es el límite - cuál es el material más fuerte posible que podemos producir", dice Qin.

Para ello, crearon una variedad de modelos 3-D y luego los sometieron a varias pruebas. En simulaciones computacionales, que imitan las condiciones de carga en las pruebas de tracción y compresión realizadas en una máquina de carga por tracción.

Buehler dice que lo que ocurre con su material de grafeno 3-D, que se compone de superficies curvas bajo deformación, se parece a lo que sucedería con las hojas de papel. El papel tiene poca fuerza a lo largo de su longitud y anchura, y puede ser fácilmente arrugado. Pero cuando se hace en ciertas formas, por ejemplo enrollado en un tubo, de repente la fuerza a lo largo de la longitud del tubo es mucho mayor y puede soportar un peso sustancial.

La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Naval, el Departamento de Defensa de la Universidad Multidisciplinaria Iniciativa de Investigación, y BASF-Centro de América del Norte para la Investigación de Materiales Avanzados.