Científicos diseñan nanoestructura de carbono súper ligero que es más fuerte que el diamante

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Científicos diseñan nanoestructura de carbono súper ligero que es más fuerte que el diamante

(Cameron Crook and Jens Bauer / UCI)

Un equipo internacional de científicos ha creado nano redes de carbono, construidas a partir de arquitecturas de placas de células cerradas, que son más fuertes que los diamantes en una relación de resistencia a densidad.

Si bien la pequeña red de carbono ha sido fabricada y probada en el laboratorio, está muy lejos del uso práctico. Pero este nuevo enfoque podría ayudarnos a construir materiales más fuertes y livianos en el futuro, algo que es de gran interés para industrias como la aeroespacial y la aviación.

Los científicos han pronosticado que las nano redes dispuestas en un diseño basado en placas serían increíblemente fuertes», dijo el primer autor Cameron Crook, un estudiante graduado de la Universidad de California, Irvine.

«Pero la dificultad en la fabricación de estructuras de esta manera mostraba que la teoría no podía ser probada, hasta que lo logramos».

Lo que los científicos han logrado aquí son nanolattices, estructuras porosas como la de la imagen de arriba que está formada por tirantes y tirantes de carbono tridimensionales. Debido a su estructura única, son increíblemente fuertes y livianas. Por lo general, estas nano redes se basan en un marco cilíndrico. Pero el equipo ahora ha creado nano estructuras basadas en pequeñas placas.

Este cambio sutil puede no parecer mucho, pero los investigadores dicen que puede hacer una gran diferencia cuando se trata de fuerza.

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 sensible a los rayos UV capa por capa, el material se convierte en un polímero sólido en los puntos donde se encuentran dos fotones.

La técnica es capaz de representar células repetitivas que se convierten en placas con caras tan delgadas como 160 nm.

Una de las innovaciones del equipo fue incluir pequeños orificios 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 que se calientan a 900 grados Celsius en el vacío durante una hora.

El resultado es una red reticular en forma de cubo de carbono vítreo que tiene la mayor resistencia que los científicos se hubieran imaginado para un material tan poroso.

«Otro objetivo y logro del estudio fue explotar los efectos mecánicos innatos de las sustancias base», dijo el autor principal, el Dr. Jens Bauer, también de la Universidad de California en Irvine.

«A medida que toma cualquier pieza de material y reduce drásticamente su tamaño a 100 nm, se acerca a un cristal teórico sin poros ni grietas».

«La reducción de estos defectos aumenta la fuerza general del sistema».

Según los investigadores nadie ha hecho antes estas estructuras independientes a esa escala.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Communications.

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