¿QUÉ MATERIAL ES UN 5% MÁS DENSO QUE EL ACERO, PERO 10 VECES MÁS FUERTE?

Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha utilizado una impresora 3D multimaterial para estudiar uno de los materiales ligeros más resistentes. Al comprimir y fundir láminas de grafeno, crearon un material que es un 5% más denso que el acero y 10 veces más resistente que el acero.
Al comprimir las láminas de grafeno con calor y presión, los investigadores obtuvieron una estructura fuerte y estable que se parecía un poco al coral. Pronto, los científicos descubrieron que era esta forma inusual, parecida a un coral, la que hacía que el grafeno comprimido fuera tan fuerte, no las propiedades del material en sí. Por lo tanto, al replicar esta forma 3D en otros materiales más baratos como el plástico, los científicos pueden lograr una resistencia similar al grafeno a un costo menor.
Cuando la estructura del grafeno se comprimió hasta su límite, los investigadores descubrieron que tenían un material increíblemente fuerte que era un 5% más denso que el acero pero 10 veces más fuerte. Al analizar la disposición geométrica de las láminas de grafeno comprimidas, los investigadores pudieron reproducir parcialmente este material más resistente con una impresora 3D.
Con propiedades tan excelentes, ¿sustituirá el grafeno al acero?
La popularidad del grafeno está aumentando
Desde que el Dr. Constantine separó el grafeno del grafito con cinta adhesiva en 2004, el tema del grafeno se ha ido calentando.
En los últimos años, la abrumadora cobertura de varios medios finalmente ha llevado al grafeno a la vanguardia del tema: la medicina, la inmobiliaria, la automoción, la informática, la biología y otras industrias están relacionadas con él. Durante un tiempo, el grafeno casi se convirtió en sinónimo de tecnología de punta. Parece que si no se menciona en la publicidad externa, no se considera una industria de alta tecnología. ¿Por qué el grafeno es tan popular? ¿Se convertirá realmente en el cuarto material más grande para la humanidad después del "carbón, el acero y el silicio"? Dejemos que el desarrollo de la realidad nos dé la respuesta.
El primer material compuesto por una sola capa de átomos.
Los átomos de carbono están conectados entre sí formando una rejilla hexagonal. El grafito utilizado en los lápices equivale a innumerables capas de grafeno apiladas, y los nanotubos de carbono son grafeno enrollado en un tubo.
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Debido a las características de los enlaces químicos entre los átomos de carbono, el grafeno es muy tenaz: puede doblarse en un ángulo grande sin romperse y puede soportar altas presiones. Debido a que sólo hay una capa de átomos, el movimiento de los electrones se limita a un plano, lo que le aporta nuevas propiedades eléctricas. El grafeno es transparente bajo la luz visible, pero no respirable. Estas características lo hacen adecuado como capa protectora y materia prima para productos electrónicos transparentes.
La aparición del grafeno es nada menos que una pequeña revolución energética
La especial estructura física del grafeno le confiere una excelente conductividad eléctrica y térmica, por lo que también es el material con la resistividad más baja del mundo. Por lo tanto, la densidad energética de las baterías hechas de grafeno llegará a 600Wh/kg, mientras que la batería de litio más avanzada es de sólo 180Wh/kg.
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Por ejemplo, una batería de grafeno se puede cargar durante 5 minutos y hablar durante 24 horas.
Además, el peso de las baterías de grafeno es una octava parte del de las tradicionales de litio y su vida útil es el doble. Piense en los cuellos de botella en el desarrollo de las industrias actuales de teléfonos móviles, vehículos eléctricos y otras...
En el campo más esperado del futuro: el campo de la bioingeniería, el grafeno puede ser una superestrella para los humanos.
La Universidad Estatal de Boise en Estados Unidos publicó un artículo titulado "La espuma de grafeno proporciona una plataforma tridimensional para el crecimiento de miotubos", que estudió la aplicación de espuma de grafeno en el tejido muscular. Los resultados muestran que la espuma de grafeno es adecuada como material de soporte para el crecimiento de tejido muscular funcional. El grafeno en sí es una fina capa de carbono, por lo que se considera un material plano bidimensional, pero la espuma de grafeno es un grafeno 3D hecho de grafeno.
Al final, los investigadores utilizaron las propiedades únicas del grafeno y la espuma de grafeno en la regeneración de órganos humanos. Estudios anteriores han confirmado que se pueden cultivar huesos y cartílagos en espuma de grafeno, pero este es sólo el primer paso en la compatibilidad de la espuma de grafeno con el crecimiento muscular.
Estrada, profesor asistente en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Boise, dijo: "Esperamos utilizar estos resultados para investigar los cambios químicos básicos de la vida y avanzar hacia aplicaciones clínicas". En el futuro, a través del nuevo material de espuma de grafeno, puede convertirse en un interruptor para controlar los músculos, similar a los nervios que controlan los músculos, y puede que no sea una fantasía traer beneficios a las personas discapacitadas.
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La luz es lo más misterioso y nadie se doblegará ante una nueva forma de producir luz.
Investigadores del MIT han descubierto un proceso similar al boom sónico que se produce cuando un avión excede la velocidad del sonido: las cargas eléctricas que fluyen a través del grafeno pueden, bajo ciertas circunstancias, exceder la velocidad lenta de la luz, creando una "explosión" de luz, un haz de luz intenso y enfocado.
Esta nueva forma de convertir energía eléctrica en radiación visible es altamente controlable, rápida y eficiente. Los investigadores dicen que podría conducir a una variedad de nuevas aplicaciones.
"El grafeno puede capturar la luz a través de lo que llamamos plasmones superficiales", dijeron los investigadores. Los plasmones son partículas virtuales que representan las oscilaciones de los electrones de la superficie. Estos plasmones viajan a través del grafeno cientos de veces más lento que la velocidad de la luz en el espacio libre." Esta propiedad también abre la posibilidad de que el grafeno tenga el efecto contrario: formar luz en lugar de capturarla.
Muchos estudios científicos nos han mostrado las sorprendentes características del grafeno, pero hay un problema.
Estas maravillosas propiedades requieren una calidad de muestra muy alta. Para obtener muestras de grafeno con las mejores propiedades eléctricas y mecánicas, se requiere un método costoso, laborioso y que requiere mucho tiempo: la exfoliación mecánica: primero pegar cinta al grafito y luego pelar manualmente el grafeno.
Algunos expertos creen que la actual moda del grafeno es similar al impulso inversor en la construcción naval y la energía fotovoltaica en el pasado, lo que refleja la especulación profundamente arraigada de empresas y gobiernos. Un gerente de una empresa de grafeno incluso dijo que esto ciertamente se debe a la ceguera de los empresarios, pero en mayor medida es el impulso del PIB de los gobiernos locales, y no debe subestimarse el riesgo de que se forme una "burbuja" detrás de esto.