¿Ligero y fuerte? El nuevo material es un 5% más denso que el acero pero 10 veces más resistente

Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha investigado uno de los materiales ligeros más resistentes hasta el momento con una impresora 3D multimaterial. Al comprimir y fundir láminas de grafeno, crearon un material que es un 5 por ciento más denso que el acero y 10 veces más resistente.
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Al comprimir las láminas de grafeno con calor y presión, los investigadores obtuvieron una estructura fuerte y estable, un poco como el coral. Inmediatamente, los científicos descubrieron que era esta forma inusual, parecida a un coral, la que hacía que el grafeno comprimido fuera tan fuerte, más que las propiedades del material en sí. Entonces, al replicar esta forma 3D en otros materiales más baratos como el plástico, los científicos pueden lograr una resistencia similar a la del grafeno a un costo menor.
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Al comprimir la estructura del grafeno al límite, los investigadores descubrieron que tenían un material increíblemente fuerte que era un 5 por ciento 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 el material más resistente con una impresora 3D.
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El grafeno tiene propiedades tan excelentes, ¿reemplazará al acero?
El calor del grafeno va en aumento
El tema del grafeno se ha calentado desde que el Dr. Constantine aisló el grafeno del grafito mediante cinta adhesiva en 2004.
En los últimos años, los abrumadores informes de varios medios finalmente han llevado al grafeno a la vanguardia del tema: las industrias médica, inmobiliaria, automotriz, informática, biológica y otras están relacionadas con esto. Desde hace un tiempo, el grafeno casi se ha convertido en sinónimo de tecnología de vanguardia. Parece que si el grafeno no se incluye 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 importante para el ser humano después del "carbón, el acero y el silicio"? Dejemos que la realidad se desarrolle para darnos la respuesta.
El primer material que consta de 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 cilindro.
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Debido a la naturaleza de los enlaces químicos entre los átomos de carbono, el grafeno es tenaz: puede doblarse en grandes ángulos sin romperse y puede resistir presiones muy altas. Y como sólo hay una capa de átomos, el movimiento de los electrones se limita a un plano, lo que le confiere propiedades eléctricas completamente nuevas. El grafeno es transparente bajo la luz visible, pero no impermeable a los gases. Estas características lo hacen adecuado como materia prima para capas protectoras y electrónica transparente.
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 menor resistividad del mundo. Por lo tanto, la densidad energética de las baterías hechas de grafeno llegará a 600Wh/kg, mientras que las baterías de litio más avanzadas actuales son de sólo 180Wh/kg. Cuenta pública: Mechanical Knowledge Network, compartiendo conocimiento y difundiendo valor.
Por ejemplo, una batería de grafeno se puede cargar durante 5 minutos y hablar durante 24 horas.
Sumado al hecho de que las baterías de grafeno pesan un octavo y tienen el doble de vida útil que las baterías de litio tradicionales, imaginemos los cuellos de botella en el desarrollo de industrias como la de los teléfonos móviles y los vehículos eléctricos en la actualidad...
En el campo más esperado del futuro: el campo de la bioingeniería, el grafeno puede ser una superestrella humana.
La Universidad Estatal de Boise en Estados Unidos publicó un artículo "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 indican 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, mientras que la espuma de grafeno es grafeno 3D hecho de grafeno.
Al final, los investigadores utilizaron las propiedades únicas del grafeno y las espumas de grafeno para regenerar órganos humanos. Investigaciones anteriores han demostrado que es posible desarrollar huesos y cartílagos en espuma de grafeno, pero este es sólo el primer paso en el estudio de 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 para 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 un sueño traer beneficios a las personas discapacitadas.
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La luz es una de las cosas más misteriosas, y ante una nueva forma de producir luz, todos se inclinarán.
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Estados Unidos, han descubierto un proceso similar al boom sónico que se produce cuando un avión supera la velocidad del sonido: la carga que fluye a través del grafeno puede, en determinadas circunstancias, superar la velocidad reducida de la luz, formando un "boom" luminoso, un haz de luz intensamente enfocado.
Esta nueva forma de convertir energía eléctrica en radiación visible es altamente controlable, rápida y eficiente. Según los investigadores, este enfoque podría conducir a una variedad de nuevas aplicaciones.
"El grafeno atrapa la luz a través de lo que llamamos plasmones superficiales. Los plasmones son partículas virtuales que representan las oscilaciones de los electrones en la superficie. Estos plasmones viajan a través del grafeno más rápido que la velocidad de la luz en el espacio libre", dijeron los investigadores. Cientos de veces más lento." Esta propiedad también abre la posibilidad de que el grafeno tenga el efecto contrario: formar luz en lugar de atraparla.
Muchos estudios científicos nos han demostrado las asombrosas propiedades del grafeno, pero hay un problema.
Estas maravillosas propiedades imponen exigencias muy altas a la calidad de las muestras. Para obtener muestras de grafeno con las mejores propiedades eléctricas y mecánicas, se requiere un método costoso, laborioso y que requiere mucho tiempo: el método de pelado mecánico: primero pegue el grafito al grafito con cinta adhesiva y luego retire el grafeno con la mano.
No te rías, Novoselov y los demás prepararon grafeno de esta manera en 2004.
Aunque el contenido técnico no es alto, el problema es que la tasa de éxito no es alta. ¿Está bien obtener algunas muestras para investigación o producción industrial? Incluso si tienes minas de grafito en todo el mundo, puedes pelar algunos trozos al día...
¿Solo se puede pegar una y otra vez con cinta adhesiva? Por supuesto, ahora también tenemos muchas otras formas de aumentar la producción y reducir costes.
Método de exfoliación en fase líquida: coloque grafito o materiales similares que contengan carbono en un líquido con una tensión superficial súper alta y luego realice un bombardeo ultrasónico para eliminar los "copos de nieve" de grafeno.
Método de deposición química de vapor: deje que el gas que contiene carbono se condense en la superficie de cobre y luego retire la fina capa de grafeno formada.
Método de crecimiento directo: intente hacer crecer directamente una capa de grafeno entre dos capas de silicio.
También existe un método químico de oxidación-reducción: las láminas de grafito se separan mediante la inserción de átomos de oxígeno, etc.
El problema es que, utilizando estos métodos, no se puede garantizar la calidad del producto. Se puede decir que existen muchos métodos y cada uno tiene su propio ámbito de aplicación, pero hasta el momento no existe ninguna tecnología que sea realmente adecuada para la producción industrializada a gran escala.
Las preocupaciones sobre la "espuma" del grafeno
En los últimos años, el grafeno se ha desarrollado rápidamente en China y la gente está sorprendida por el rápido desarrollo de la industria del grafeno y el buen rendimiento del producto. Pero detrás de estas "auras" y sorpresas, la gente no puede evitar cuestionarse. La industria del grafeno es actualmente un campo líder, y realmente no ha formado su propia industria, y todavía existen ciertas dificultades y problemas detrás de su desarrollo.
El actual fenómeno de "auge" de la industria del grafeno también revela la excesiva exageración del capital. El concepto de grafeno se ha promocionado demasiado y algunas noticias carecen de objetividad, lo que ha provocado malentendidos en la comprensión del grafeno por parte de departamentos o empresas relevantes, creando una atmósfera que parece muy simple, "breve, plana y rápida" para hacerse rico de la noche a la mañana. Incluso algunas personas todavía no conocen la diferencia entre grafeno y grafito.
No hay duda de que el grafeno jugará un papel muy importante en el futuro. El futuro es brillante, pero aún es necesario recorrer el camino paso a paso. Especialmente en esta era llena de éxito rápido y ganancias instantáneas, las burbujas están por todas partes.
Después de varios años de desarrollo, la industria del grafeno de mi país ha formado básicamente una estructura industrial con la provincia de Jiangsu como área de agregación y una existencia fragmentada en muchos otros lugares. Según las estadísticas, las reservas de mineral de grafito de mi país representan el 75% de las reservas totales del mundo y su producción representa el 72% de la producción total del mundo. Es uno de los pocos minerales de mi país con ventajas competitivas internacionales. Mi país ha logrado ciertos resultados de investigación en los campos de la preparación de grafeno, pantallas táctiles de teléfonos móviles, baterías de iones de litio y materiales compuestos, y se encuentra en el nivel avanzado internacional en algunos campos.
En la actualidad, el nivel de desarrollo de algunas empresas líderes en grafeno en mi país se encuentra entre los mejores del mundo. Durante mucho tiempo, el grafeno, conocido como "oro negro", se ha producido principalmente en pequeños lotes en unidades de gramos en laboratorios, y el precio por gramo llega a los 5.000 yuanes. En 2013, Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. desarrolló la primera línea de producción de grafeno en polvo de control totalmente automático y macropreparación a gran escala en China, con una capacidad de producción anual de 100 toneladas, lo que resultó en una caída en el precio del grafeno a 13 yuanes por gramo. Se hace posible la aplicación industrial a gran escala del grafeno.
Si bien los puntos brillantes del desarrollo industrial están surgiendo con frecuencia, algunos éxitos rápidos y beneficios instantáneos merecen estar atentos. En la actualidad, la comunidad internacional fomenta el desarrollo de la industria de nuevos materiales y el grafeno se ha convertido en su fuerte apoyo. Junto con su enorme valor comercial, el gran entusiasmo inversor del gobierno y las empresas ha llevado a que una gran cantidad de capital fluya hacia el campo del grafeno. La escala de la industria se está expandiendo rápidamente y la tendencia a la "burbuja" está comenzando a aparecer. Además de Jiangsu, Chongqing, Ningbo, Qingdao, Deyang, Hebei, Beijing y otros lugares también están implementando la industria del grafeno. Chongqing incluyó el grafeno como una de las diez industrias emergentes estratégicas principales, y Ningbo publicó el "Plan de desarrollo a mediano y largo plazo de la industria y la innovación tecnológica del grafeno de la ciudad de Ningbo (2014-2023)", con el objetivo de convertir la industria del grafeno en una industria de 100 mil millones de dólares en 10 años. ¿Ventajas e industrias características con escala de valor de producción de alto nivel? Según el informe "Economic Information Daily", en términos de reducción de capacidad, además de la industria del carbón y el acero, otras industrias con capacidad de producción atrasada también entrarán en la lista de reducción de capacidad, incluidas industrias atrasadas como la del automóvil, las nuevas energías y el grafeno. Se puede enumerar la capacidad de producción.
Algunos expertos creen que la actual moda del grafeno es exactamente la misma que los impulsos de inversión en construcción naval y fotovoltaica del año, lo que refleja la especulación profundamente arraigada de empresas y gobiernos. Un responsable de una empresa de grafeno incluso dijo sin rodeos que, por supuesto, esto se debe a la ceguera de los empresarios, pero se trata más bien del impulso del PIB del gobierno local, y no se puede subestimar el riesgo de que se forme una "burbuja" detrás de esto.