Miles unidos entre sí aún son más delgados que una sola hebra de cabello humano, pero con la investigación de la Universidad de Binghamton, los nanotubos de nitruro de boro pueden ayudar a construir mejores aviones de combate y transbordadores espaciales.
Un equipo de científicos dirigido por Changhong Ke, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson de la Universidad de Binghamton, y el investigador Xiaoming Chen fueron los primeros en determinar la fuerza de la interfaz entre los nanotubos de nitruro de boro BNNT yepoxi y otros polímeros.
"Creemos que este podría ser el primer paso en un proceso que cambia la forma en que diseñamos y fabricamos materiales que afectan el futuro de los viajes en este planeta y la exploración de otros mundos más allá del nuestro", dijo Ke. "Esos materiales puedenaún así, pero alguien tenía que dar el primer paso, y nosotros lo hemos hecho "
El grupo de Ke descubrió que los BNNT en el metacrilato de polimetilo PMMA forman interfaces mucho más fuertes que los tubos de carbono comparables con el mismo polímero. Además, las interfaces BNNT-epoxi son aún más fuertes. Una interfaz más fuerte significa que se puede transferir una carga más grande del polímeropara nanotubos, una característica crítica para un rendimiento mecánico superior de los materiales compuestos. Las alas futuras de los aviones y los cascos de naves espaciales construidas con esos materiales compuestos BNNT podrían ser más livianos y más eficientes en cuanto al combustible, al tiempo que mantienen la resistencia necesaria para soportar los rigores del vuelo.
Dado que el grosor y los diámetros de la pared de los nanotubos se miden en milmillonésimas de metro, Ke y Chen extrajeron BNNT individuales de una pieza de epoxi y luego repitieron el proceso con PMMA dentro de un microscopio electrónico. Sus conclusiones se basaron en la cantidad de fuerza necesaria parahacer las extracciones. Esta fue la primera vez que los BNNT, más químicamente y térmicamente estables que los nanotubos de carbono CNT más comunes, fueron en este tipo de experimento. Los BNNT pueden proteger mejor la radiación espacial que los CNT, lo que los haría unMaterial de construcción ideal para naves espaciales.
"Ambos son ligeros y fuertes", dijo Ke sobre los dos tipos de tubos. "Tienen propiedades mecánicas similares, pero propiedades eléctricas diferentes. Esas diferencias ayudan a agregar fuerza a las interfaces BNNT con los polímeros".
Metafóricamente, piense en el epoxi u otros materiales poliméricos con los nanotubos BNNT en el interior como una pieza de concreto reforzado. Ese concreto obtiene gran parte de su resistencia de la composición de la barra de acero y el cemento; la dispersión de la barra de refuerzo dentro del cemento; elalineación de la barra de refuerzo dentro del cemento y "adherencia" de la conexión entre la barra de refuerzo y el cemento circundante. Los científicos esencialmente midieron la "adherencia" de un solo 'refuerzo' de nanotubos, ayudado por las interacciones moleculares y electrostáticas, al eliminarlodel polímero "cemento"
El trabajo fue financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU. - Programa de Materiales de Baja Densidad, con materiales proporcionados por la NASA. Los coautores Xianqiao Wang y el estudiante graduado Liuyang Zhang de la Universidad de Georgia proporcionaron datos de verificación y explicación a través de la computaciónsimulaciones después de que los experimentos se realizaron en Binghamton.
Catharine Fay del Centro de Investigación Langley de la NASA y el Parque Cheol del Centro y la Universidad de Virginia son coautores del artículo.
En septiembre, Ke y sus colaboradores recibieron tres años de fondos adicionales por un total de $ 815,000 de la Fuerza Aérea para continuar la investigación.
El documento, "Resistencia mecánica de las interfaces de nanotubos y polímeros de nitruro de boro", se publicó en el último número de letras de física aplicada .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Binghamton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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