Los investigadores de la Universidad de California, Irvine y otras instituciones han diseñado arquitectónicamente redes de placas, estructuras de carbono del tamaño de un nanómetro, que son más fuertes que los diamantes como una relación de resistencia a densidad.
En un estudio reciente en Comunicaciones de la naturaleza , los científicos informan de éxito en la conceptualización y fabricación del material, que consiste en placas de células cerradas estrechamente conectadas en lugar de las celosías cilíndricas comunes en tales estructuras durante las últimas décadas.
"Los diseños basados en vigas anteriores, aunque de gran interés, no habían sido tan eficientes en términos de propiedades mecánicas", dijo el autor correspondiente Jens Bauer, investigador de la UCI en ingeniería mecánica y aeroespacial. "Esta nueva clase de placas de nano-redes queque hemos creado es dramáticamente más fuerte y rígido que las mejores redes de nano-vigas ".
Según el documento, se ha demostrado que el diseño del equipo mejora el rendimiento promedio de las arquitecturas cilíndricas basadas en vigas hasta en un 639 por ciento en resistencia y 522 por ciento en rigidez.
Los miembros del laboratorio de materiales de arquitectura de Lorenzo Valdevit, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UCI, así como de ingeniería mecánica y aeroespacial, verificaron sus hallazgos utilizando un microscopio electrónico de barrido y otras tecnologías proporcionadas por el Instituto de Investigación de Materiales de Irvine.
"Los científicos han predicho que las nano redes dispuestas en un diseño basado en placas serían increíblemente fuertes", dijo el autor principal Cameron Crook, un estudiante graduado de la UCI en ciencia e ingeniería de materiales. "Pero la dificultad en la fabricación de estructuras de esta manera significó que la teoríanunca fue probado, hasta que lo logramos "
Bauer dijo que el logro del equipo se basa en un complejo proceso de impresión láser en 3D llamado escritura láser directa de litografía de dos fotones. A medida que se agrega una capa de resina sensible a la luz ultravioleta capa por capa, el material se convierte en un polímero sólido en los puntos donde se unen dos fotonesLa técnica es capaz de representar células repetitivas que se convierten en placas con caras tan delgadas como 160 nanómetros.
Bauer dijo que el logro del equipo se basa en un complejo proceso de impresión láser en 3D llamado escritura láser directa de polimerización de dos fotones. A medida que un láser se enfoca dentro de una gota de una resina líquida sensible a la luz ultravioleta, el material se convierte en un polímero sólido donde las moléculasson golpeados simultáneamente por dos fotones. Al escanear el láser o mover el escenario en tres dimensiones, la técnica puede generar disposiciones periódicas de las células, cada una de las cuales consiste en ensamblajes de placas tan delgadas como 160 nanómetros.
Una de las innovaciones del grupo fue incluir pequeños agujeros en las placas que podrían usarse para eliminar el exceso de resina del material terminado. Como paso final, las celosías pasan por pirólisis, en la cual se calientan a 900 grados Celsius envacío durante una hora. Según Bauer, el resultado final es una celosía de carbono vítreo en forma de cubo que tiene la mayor resistencia que los científicos jamás hayan creído posible para un material tan poroso.
Bauer dijo que otro objetivo y logro del estudio era explotar los efectos mecánicos innatos de las sustancias de base ". Al tomar cualquier pieza de material y disminuir drásticamente su tamaño a 100 nanómetros, se acerca a un cristal teórico sin poroso grietas. La reducción de estos defectos aumenta la fuerza general del sistema ", dijo.
"Nadie ha hecho que estas estructuras sean independientes de la escala antes", agregó Valdevit, quien dirige el Instituto de Diseño e Innovación de Manufactura de UCI. "Fuimos el primer grupo en validar experimentalmente que podían funcionar tan bien como predijeron, al tiempo que demostraban una arquitecturamaterial de resistencia mecánica sin precedentes "
Las nano redes son muy prometedoras para los ingenieros estructurales, particularmente en el sector aeroespacial, porque se espera que su combinación de fuerza y baja densidad de masa mejore en gran medida el rendimiento de las aeronaves y naves espaciales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Irvine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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