Un material liviano lleno de agujeros es casi tan duro como el diamante. Las simples abolladuras que dejan las balas de velocidad lo demuestran.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice y sus colegas están probando polímeros basados en tubulanos, estructuras teóricas de nanotubos de carbono reticulados que se prevé que tengan una fuerza extraordinaria.
El científico de materiales de laboratorio de Rice, Pulickel Ajayan, descubrió que los tubulanos pueden imitarse como bloques de polímero impresos en 3D a escala que demuestran ser mejores para desviar proyectiles que el mismo material sin agujeros. Los bloques también son altamente compresibles sin romperse.
Como se detalla en pequeño , el descubrimiento podría conducir a estructuras impresas de cualquier tamaño con propiedades mecánicas ajustables.
Los tubulanos fueron pronosticados en 1993 por el químico Ray Baughman de la Universidad de Texas en Dallas y el físico Douglas Galvão de la Universidad Estatal de Campinas, Brasil, ambos co-investigadores principales en el nuevo documento. Los tubulanos mismos aún no se han hecho, perosus primos de polímeros pueden ser la mejor opción.
El estudiante graduado de Rice y autor principal Seyed Mohammad Sajadi y sus colegas construyeron simulaciones por computadora de varios bloques de tubulano, imprimieron los diseños como polímeros a macroescala y los sometieron a fuerzas de aplastamiento y balas rápidas. El mejor resultó 10 veces mejor para detener una bala que unbloque sólido del mismo material.
El equipo de Rice disparó proyectiles en cubos estampados y sólidos a 5.8 kilómetros por segundo. Sajadi dijo que los resultados fueron impresionantes. "La bala quedó atrapada en la segunda capa de la estructura", dijo. "Pero en el bloque sólido, las grietaspropagado a través de toda la estructura "
Las pruebas en una prensa de laboratorio mostraron cómo la red de polímero poroso permite que los bloques de tubulano colapsen sobre sí mismos sin agrietarse, dijo Sajadi.
El grupo Ajayan hizo estructuras similares hace dos años cuando convirtió modelos teóricos de schwarzitas en bloques impresos en 3D. Pero el nuevo trabajo es un paso hacia lo que los científicos de materiales consideran un santo grial, dijo Sajadi.
"Hay muchos sistemas teóricos que las personas no pueden sintetizar", dijo. "Han seguido siendo poco prácticos y esquivos. Pero con la impresión 3D, aún podemos aprovechar las propiedades mecánicas predichas porque son el resultado de la topología, no el tamaño "
Sajadi dijo que las estructuras de metal, cerámica y polímero con forma de tubulano solo están limitadas por el tamaño de la impresora. La optimización del diseño de la red podría conducir a mejores materiales para aplicaciones civiles, aeroespaciales, automotrices, deportivas, de empaque y biomédicas, dijo.
"Las propiedades únicas de tales estructuras provienen de su compleja topología, que es independiente de la escala", dijo el ex alumno de Rice Chandra Sekhar Tiwary, investigador co-principal del proyecto y ahora profesor asistente en el Instituto Indio de Tecnología de Kharagpur."El fortalecimiento controlado por topología o la mejora de la capacidad de carga también pueden ser útiles para otros diseños estructurales".
Según los coautores Peter Boul y Carl Thaemlitz de Aramco Services Co., patrocinador de la investigación, las aplicaciones potenciales abarcan muchas industrias, pero el petróleo y el gas encontrarán estructuras de tubulano particularmente valiosas como materiales resistentes y duraderos para la construcción de pozos.los materiales deben resistir los impactos, particularmente en fracturas hidráulicas, que pueden dañar los cementos estándar.
"La resistencia al impacto de estas estructuras impresas en 3D las coloca en una clase propia", dijo Boul.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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