El grafè és un dels nous materials descoberts que estan revolucionant la indústria mundial. Aquest material s’aconsegueix a partir del carboni, quan petitíssimes partícules de carboni s’agrupen de manera molt densa en làmines de dues dimensions molt fines amb una mida d’un àtom i en cel·les hexagonals. El seu descobriment es va produir durant la dècada dels anys trenta del segle passat, però la seva inestabilitat va provocar que aleshores no es desenvolupés. Va ser l’any 2004 quan els científics russos Novoselov i Geim van aconseguir aportar estabilitat i establir les bases del seu meteòric desenvolupament. Gràcies a aquest avenç, dos científics van ser premiats amb el Nobel de Física l’any 2010.
Les aplicacions d’aquest nou material són gairebé infinites, i els aparells i dispositius electrònics en són els primers beneficiats. La flexibilitat i la resistència d’aquest material resulten idònies per a la seva aplicació en la construcció de vehicles, edificis, aeronaus o satèl·lits. Un altre dels avantatges del grafè és la seva capacitat d’emmagatzematge d’energia. La seva duresa, flexibilitat, lleugeresa i resistència el converteixen en un material amb múltiples aplicacions. De fet, el grafè és cent vegades més fort que l’acer i cinc vegades més lleuger que l’alumini.
El desenvolupament del grafè ha continuat durant aquests anys fins a arribar a un avenç recent: el grafè tridimensional, o grafè 3D. investigadors de l’Institut de Tecnologia de Massachusetts (MIT) han creat un nou material basat en el grafè. Aquest material es caracteritza per ser el més fort del món fins al moment. La duresa del grafè 3D multiplica les seves possibles aplicacions en diferents àmbits. És ideal com a material de construcció, ja que és deu vegades més resistent que l’acer estructural i vint vegades més lleuger que l’acer.
El grafè 3D va ser possible en comprimir les seves partícules mitjançant la variació de la temperatura i de la pressió. Els enginyers de l’MIT van descobrir que són exactament les formes geomètriques les que potenciaven la seva força i la seva resistència. Aquest nou descobriment permetrà crear objectes molt lleugers i resistents en tres dimensions. Això en facilitarà l’aplicació en equips de filtratge utilitzant dissenys porosos en la impressió.
Els investigadors han publicat un estudi amb els seus resultats a la revista ScienceAdvances. El resum de l’estudi publicat fa referència a la fortalesa del nou material descobert:
Els avenços recents en el muntatge de grafè tridimensional (3D) han demostrat com podem obtenir materials porosos sòlids que són més lleugers que l’aire. És plausible que aquests materials sòlids puguin ser, mecànicament, prou forts per a aplicacions sota condicions extremes, com convertir-se en un substitut de l’heli per omplir un globus en vol sense alimentació. No obstant això, el coneixement del mòdul d’elasticitat i de la resistència del conjunt de grafè porós com a funcions de la seva estructura no ha estat disponible, la qual cosa ha impedit avaluar-ne la viabilitat. Vam combinar el modelatge computacional de baix a dalt amb experiments basats en models impresos en 3D per investigar la mecànica dels materials de grafè 3D porosos, la qual cosa va resultar en nous dissenys de materials de carboni. El nostre estudi revela que, tot i que el conjunt de grafè 3D té una resistència excepcionalment alta a una densitat relativament alta (atès que té una densitat del 4,6 % respecte de la de l’acer dolç i és 10 vegades més fort que l’acer), les seves propietats mecàniques disminueixen amb densitat molt més ràpidament que les de les escumes polimèriques. Els nostres resultats proporcionen densitats crítiques per sota de les quals el conjunt de grafè 3D comença a perdre el seu avantatge mecànic sobre la majoria dels materials cel·lulars polimèrics.
