El MIT desarrolla un nuevo tipo de material de grafeno 3D fuerte y ligero

Material Grafeno

Todo tipo de materiales se están utilizando en la impresión 3D en estos días,  Kevlar y nylons reforzados con fibra de vidrio. etc. Pero si bien es cierto que la resistencia de los materiales es importante, también lo es la estructura interna del objeto impreso en 3D.  Recientemente, un grupo de investigadores del MIT desarrolló uno de los materiales más fuerte y a la vez más ligero mediante la compresión y fusión de partículas de grafeno.
Hasta ahora, los investigadores han tenido dificultades para convertir la fuerza bidimensional del grafeno en estructuras tridimensionales. Pero el nuevo diseño del MIT, una configuración de grafeno semejante a una esponja, puede ser diez veces más fuerte que el acero, con una densidad de sólo el cinco por ciento.

Los hallazgos del equipo de investigación del MIT fueron reportados recientemente en la revista Science Advances. El artículo fue co-escrito por Markus Buehler, profesor de ingeniería de McAfee y jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT; CEE investigador científico Zhao Qin; Estudiante de posgrado Gang Seob Jung; Y Min Jeong Kang Meng, clase de 2016.

En la geometría de la estructura de Grafeno está la clave

Sus hallazgos, según el MIT, revelan que “el aspecto crucial de las nuevas formas 3D tiene más que ver con su configuración geométrica inusual que con el material en sí, lo que sugiere que se podrían obtener propiedades similares de una variedad de materiales si utilizamos características geométricas similares. ”

El equipo produjo una estructura estable y fuerte que se asemeja a corales y criaturas microscópicas conocidas como diatomeas, utilizando una combinación de calor y presión para comprimir pequeñas escamas de grafeno. Las formas resultantes tienen una superficie enorme en proporción a su volumen, y son extraordinariamente fuertes. Se ven como las bolas Nerf – son objetos redondeados, pero lleno de agujeros. Estas formas complejas se conocen como giroides, y Buehler dijo que es “probablemente imposible” crearlas usando la fabricación convencional. Para las pruebas de laboratorio, el equipo utilizó modelos 3D impresos de los giroides, ampliado miles de veces su tamaño natural.

El equipo sometió los modelos 3D a varias pruebas mecánicas de tracción y compresión, utilizando sus modelos teóricos para simular la respuesta mecánica bajo carga. En una de nuestras muestras obtuvieron que con un 5% de la densidad de acero obtenían 10 veces la fuerza de dicho material“.
El material 3D de grafeno, formado por superficies curvas bajo deformación, reacciona como hojas de papel. El papel se puede arrugar fácilmente, porque no es fuerte a lo largo de su anchura y longitud. Pero cuando el papel se enrolla en un tubo, la fuerza a lo largo de la longitud del tubo es mucho mayor. La disposición geométrica de las escamas de grafeno después del tratamiento tiene una configuración similar.

Posibles aplicaciones

Entre las posibles aplicaciones destaca que se podría usar la características geometricas descubierta con otros materiales, como polímeros o metales, con el fin de obtener ventajas similares de la fuerza  a un coste de producción inferior. También existe la posibilidad de utilizar partículas de polímero o metal como plantillas, utilizar un depósito de vapor químico antes de tratamientos de calor y presión para cubrirlos con el grafeno. Posteriormente se podría eliminar el polímero o metal con el fin de mantener el grafeno 3D en la forma de giroides. Esta geometría porosa se podría utilizar al construir estructuras grandes, como un puente. Incluso proporcionaría un buen aislamiento para el puente, debido a la cantidad de espacio aéreo cerrado.

 


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Impresión 3D

Toni de Frutos

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