Los investigadores y colaboradores de UCLA en otras ocho instituciones de investigación han creado un aerogel de cerámica extremadamente ligero y muy duradero. El material podría usarse para aplicaciones como naves espaciales aislantes porque puede soportar el intenso calor y los severos cambios de temperatura que soportan las misiones espaciales.
Los aerogeles de cerámica se han utilizado para aislar equipos industriales desde la década de 1990, y se han utilizado para aislar equipos científicos en las misiones de rover a Marte de la NASA. Pero la nueva versión es mucho más duradera después de la exposición al calor extremo y repetidos picos de temperatura, y muchomás ligero. Su composición atómica única y su estructura microscópica también lo hacen inusualmente elástico.
Cuando se calienta, el material se contrae en lugar de expandirse como lo hacen otras cerámicas. También se contrae perpendicularmente a la dirección en que se comprime; imagine presionar una pelota de tenis sobre una mesa y hacer que el centro de la pelota se mueva hacia adentro en lugar de expandirse- lo contrario de cómo reaccionan la mayoría de los materiales cuando se comprimen. Como resultado, el material es mucho más flexible y menos frágil que los aerogeles cerámicos de última generación: se puede comprimir al 5 por ciento de su volumen original y completamenterecuperarse, mientras que otros aerogeles existentes se pueden comprimir a solo alrededor del 20 por ciento y luego recuperarse por completo.
La investigación, que se publicó hoy en ciencia , fue dirigido por Xiangfeng Duan, profesor de química y bioquímica de la UCLA; Yu Huang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UCLA; y Hui Li, del Instituto de Tecnología de Harbin, China. Los primeros autores del estudio son Xiang Xu, un visitantebecario postdoctoral en química en la UCLA del Instituto de Tecnología de Harbin; Qiangqiang Zhang de la Universidad de Lanzhou; y Menglong Hao de la Universidad de California en Berkeley y la Universidad del Sureste.
Otros miembros del equipo de investigación eran de UC Berkeley; Universidad de Purdue; Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; Universidad de Hunan, China; Universidad de Lanzhou, China; y Universidad de King Saud, Arabia Saudita.
A pesar de que más del 99 por ciento de su volumen es aire, los aerogeles son sólidos y estructuralmente muy fuertes para su peso. Pueden estar hechos de muchos tipos de materiales, incluyendo cerámica, carbono u óxidos metálicos. En comparación con otros aislantes,los aerogeles a base de cerámica son superiores en el bloqueo de temperaturas extremas, tienen una densidad ultrabaja y son altamente resistentes al fuego y la corrosión, todas cualidades que se prestan bien a las naves espaciales reutilizables.
Pero los aerogeles cerámicos actuales son muy frágiles y tienden a fracturarse después de la exposición repetida al calor extremo y cambios bruscos de temperatura, los cuales son comunes en los viajes espaciales.
El nuevo material está hecho de capas delgadas de nitruro de boro, una cerámica, con átomos que están conectados en patrones hexagonales, como alambre de gallina.
En la investigación dirigida por UCLA, soportó condiciones que típicamente fracturarían otros aerogeles. Resistió a cientos de exposiciones a picos de temperatura repentinos y extremos cuando los ingenieros elevaron y bajaron la temperatura en un contenedor de prueba entre menos 198 grados Celsius y900 grados por encima de cero en unos pocos segundos. En otra prueba, perdió menos del 1 por ciento de su resistencia mecánica después de ser almacenado durante una semana a 1.400 grados Celsius.
"La clave para la durabilidad de nuestro nuevo aerogel de cerámica es su arquitectura única", dijo Duan. "Su flexibilidad innata lo ayuda a soportar los golpes de calor y temperatura extremos que causarían la falla de otros aerogeles de cerámica".
Los materiales cerámicos ordinarios generalmente se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Con el tiempo, esos cambios repetidos de temperatura pueden hacer que esos materiales se fracturen y finalmente fallen. El nuevo aerogel fue diseñado para ser más duradero al hacer exactamente lo contrario:se contrae en lugar de expandirse cuando se calienta.
Además, la capacidad del aerogel de contraerse perpendicularmente a la dirección en que se está comprimiendo, como en el ejemplo de la pelota de tenis, lo ayuda a sobrevivir a los cambios repetidos y rápidos de temperatura esa propiedad se conoce como una relación de Poisson negativa.tiene "paredes" interiores reforzadas con una estructura de doble panel, que reduce el peso del material al tiempo que aumenta sus capacidades de aislamiento.
Duan dijo que el proceso desarrollado por los investigadores para hacer el nuevo aerogel también podría adaptarse para fabricar otros materiales ultraligeros.
"Esos materiales podrían ser útiles para el aislamiento térmico en naves espaciales, automóviles u otros equipos especializados", dijo. "También podrían ser útiles para el almacenamiento de energía térmica, catálisis o filtración".
La investigación fue parcialmente apoyada por subvenciones de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Original escrito por Matthew Chin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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