El grafeno 3D, el material más fuerte del mundo

El grafeno es uno de los nuevos materiales descubiertos que están revolucionando la industria mundial. Este material se consigue a partir del carbono, cuando pequeñísimas partículas de carbono se agrupan de forma muy densa en láminas de dos dimensiones muy finas con un tamaño de un átomo y en celdas hexagonales. Su descubrimiento se produjo en la década de los años treinta del siglo pasado, pero su inestabilidad provocó entonces que no se desarrollase. Es en el año 2004 cuando los científicos rusos Novoselov y Geim consiguieron aportarle estabilidad y sentar las bases de su meteórico desarrollo. Gracias a este avance ambos científicos fueron premiados con el Nobel de Física en el año 2010.

Las aplicaciones de este nuevo material son casi infinitas, siendo los aparatos y dispositivos electrónicos los primeros beneficiados. La flexibilidad y la resistencia de este material resultan idóneas para su aplicación en la construcción de vehículos, edificios, aeronaves o satélites. Otra de las ventajas del grafeno es su capacidad de almacenamiento de energía. Su dureza, flexibilidad, ligereza y resistencia lo convierten en un material con múltiples aplicaciones. De hecho, el grafeno es cien veces más fuerte que el acero y cinco veces más ligero que el aluminio.

El desarrollo del grafeno ha continuado en estos años hasta llegar a un reciente avance: el grafeno tridimensional, o grafeno 3D. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) han creado un nuevo material basado en el grafeno. Este material se caracteriza por ser el más fuerte del mundo hasta el momento. La dureza del grafeno 3D multiplica sus posibles aplicaciones en distintos ámbitos. Es ideal como material de construcción gracias a que es diez veces más resistente que el acero estructural y veinte veces más ligero que el acero.

El grafeno 3D fue posible al comprimir sus partículas mediante la variación de la temperatura y de la presión. Los ingenieros del MIT descubrieron que son exactamente las formas geométricas las que potenciaban su fuerza y su resistencia. Este nuevo descubrimiento permitirá crear objetos muy ligeros y resistentes en tres dimensiones. Esto facilitará su aplicación en equipos de filtrado utilizando diseños porosos en la impresión.

Los investigadores han publicado un estudio con sus resultados en la revista ScienceAdvances. El resumen del estudio publicado se refiere a la fortaleza del nuevo material descubierto:

Los recientes avances en el montaje de grafeno tridimensional (3D) han demostrado cómo podemos obtener materiales porosos sólidos que son más ligeros que el aire. Es plausible que estos materiales sólidos puedan ser, mecánicamente, suficientemente fuertes para aplicaciones bajo condiciones extremas, tales como convertirse en un sustituto del helio para llenar un globo en vuelo sin alimentación. Sin embargo, el conocimiento del módulo de elasticidad y de la resistencia del conjunto de grafeno poroso como funciones de su estructura no ha estado disponible, impidiendo la evaluación de su viabilidad. Combinamos el modelado computacional de abajo arriba con experimentos basados en modelos impresos en 3D para investigar la mecánica de los materiales de grafeno 3D porosos, lo que resultó en nuevos diseños de materiales de carbono. Nuestro estudio revela que, aunque el conjunto de grafeno 3D tiene una resistencia excepcionalmente alta a una densidad relativamente alta (dado el hecho de que tiene una densidad del 4,6 % de la del acero suave y es diez veces más fuerte que el acero), sus propiedades mecánicas disminuyen con densidad mucho más rápidamente que las de las espumas poliméricas. Nuestros resultados proporcionan densidades críticas por debajo de las cuales el conjunto de grafeno 3D comienza a perder su ventaja mecánica sobre la mayoría de los materiales celulares poliméricos.

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