Un nuevo material ultraligero fabricado con una nanoestructura de carbono es más duro que el acero y el Kevlar, pero más fino que el papel. De hecho, es más fino que el grosor de un cabello humano. Según las pruebas de sus inventores— científicos del MIT, CalTech y UTH Zürich — es más eficiente en absorber impactos supersónicos que esos materiales.
El profesor asistente de ingeniería mecánica del MIT Carlos Portela — líder del proyecto — afirma que «la misma cantidad de masa de nuestro material es más eficiente parando proyectiles que la misma cantidad de Kevlar”.
La coautora del estudio Julia R. Greer — profesora de ciencias de materiales, mecánica e ingeniería médica — asegura que el descubrimiento “abre la puerta a materiales ultraligeros eficientes, resistentes a los impactos para su uso en armaduras, revestimientos de protección y escudos resistentes a las explosiones que se necesitan en aplicaciones de defensa y aeroespaciales”.
Es decir, que si logran fabricarlo en masa, podremos ver desde trajes de Iron Man a naves espaciales con revestimientos resistentes a micrometeoritos a una fracción del peso de las soluciones actuales.
Cómo funciona
El estudio — publicado la semana pasada en el diario científico Nature Materials y en el que participa el brazo de investigaciones avanzadas del Pentágono y la oficina del soldado del futuro del ejército de tierra norteamericano — explica que el nuevo material está formado por puntales de carbono ensamblados en una nanoestructura sólida pero que puede romperse absorbiendo la fuerza de impactos supersónicos.
Los puntales se ensamblan en forma de tetradecaedros — un poliedro de 14 caras — y se fabrican con un proceso litográfico de dos fotones, en el que dos láser de gran potencia solidifican una resina fotosensible.
“Los investigadores lavan el resto de la resina sobrante e introducen la estructura sólida dentro de un horno de alta temperatura que opera en el vacío. Este proceso de cocción transforma el polímero en carbono ultraligero”, según el MIT.
Partículas supersónicas
Portela apunta que la geometría que han usado aparece en espumas capaces de disipar energía pero no con esta resistencia y peso ultraligero: “el carbono es normalmente frágil, pero esta estructura y el pequeño tamaño de los puntales del nanomaterial produce un arquitectura como la goma”.
Para poner esta estructura a prueba, primero fabricaron el material en dos densidades diferentes, con más o menos puntales en su nanoarquitectura. Luego usaron un láser para disparar micro-partículas a velocidades de hasta 1.100 metros por segundo, observando que las más densa atrapaba las micropartículas en su interior con facilidad pero se mantenía intacta en su conjunto.
En las fotos que ilustran este artículo se puede ver este efecto. Portela dice que han demostrado que este tipo de materiales pueden absorber mucha energía porque la nanoestructura de puntales se comprime, disipando la fuerza del impacto con una gran efectividad sin afectar a la estructura global de la armadura.
Sin embargo, todavía hay muchas incógnitas que resolver antes de poder fabricar materiales de este tipo a escala industrial, usando otros elementos y probando otras geometrías para medir los diferentes grados de efectividad.
