Investigación utiliza propiedades porosas de la madera para brindar más fortaleza y liviandad al acero

3PORTADA

14 de Septiembre, 2021

El estudio analizó distintos métodos para intervenir el metal y otorgarle la misma resistencia que posee la madera gracias a su estructura porosa.

Se ha utilizado una nueva técnica para convertir metales ordinarios en “madera metálica”, con una relación resistencia-peso muy mejorada. Al manipular materiales a escala atómica, científicos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania, la Universidad Técnica del Medio Oriente en Turquía, la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la Universidad de Cambridge afirman haber creado una hoja de níquel que es tan fuerte como el titanio, pero hasta cinco veces más liviana.

La estructura cristalina que compone metales como el acero, el aluminio y el titanio les da su fuerza y ​​flexibilidad al acero, pero esta estructura es imperfecta, por lo que las fuerzas aplicadas a los metales bajo tensión hacen que los átomos en ellos se deslicen y la estructura falle muy por debajo. El titanio, por ejemplo, sería 10 veces más resistente si tuviera una estructura ideal.

Una forma de superar lo anterior se puede encontrar en la madera. La celulosa pura, que es un elemento importante de esta, es una pulpa blanda, pero cuando se forma en la compleja estructura de la madera, se vuelve tan fuerte que tiene una resistencia peso por peso comparable con el acero, que parece mucho más fuerte por ser tan denso.

Dirigido por James Pikul, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de la Universidad de Pensilvania, el estudio mencionado analizó nuevas formas de tomar el metal y darle la estructura porosa que le da a la madera su resistencia.

La investigación es del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada,  Universidad de Pensilvania / Madera21

En el pasado, esto se realizaba encontrando formas de convertir el metal fundido en espuma, o usando la impresión 3D con una precisión de cien nanómetros para construir, poco a poco, un metal similar a la madera. El problema es que la espuma de metal es cruda según los estándares de la ingeniería moderna, mientras que el proceso de impresión 3D es lento y muy difícil de escalar desde las medidas de un laboratorio.

“La razón por la que la llamamos madera metálica no es solo su densidad, que es similar a la de la madera, sino por su naturaleza celular”, dice Pikul. “Los materiales celulares son porosos; si miras la veta de la madera, eso es lo que estás viendo: partes que son gruesas y densas que están hechas para sostener la estructura, y partes que son porosas que están destinadas para soportar funciones biológicas, como el transporte hacia y desde las células”.

“Nuestra estructura es similar. Tenemos áreas que son gruesas y densas con fuertes puntales de metal y áreas que son porosas con espacios de aire. Solo estamos operando en las escalas de longitud donde la resistencia de los puntales se acerca al máximo teórico”.

Según los investigadores, la clave es ir a escalas mucho más pequeñas para producir aumentos mucho mayores en la fuerza. Esto se logra suspendiendo esferas de plástico de unos cientos de nanómetros de ancho en agua, dejándolas evaporar. A medida que el agua desaparece, las esferas caen en un ordenado patrón geométrico y cristalino. A continuación, se galvaniza con una fina capa de cromo y los espacios entre las esferas se rellenan con níquel. Luego, el plástico se disuelve y lo que queda es una red abierta de puntales metálicos con un 70% de espacio vacío, lo que lo hace lo suficientemente liviano como para flotar.

Hasta ahora, el metal de prueba ha estado en forma de láminas de, aproximadamente, un centímetro cuadrado de área. Además, es un proceso muy caro. Sin embargo, el objetivo es desarrollar una infraestructura que permita producir mayores cantidades de material de manera más barata a través de economías de escala. Junto con eso, el equipo necesita ver cuáles son las propiedades de la madera metálica, por ejemplo, si se abolla o se rompe cuando se golpea.

Otro potencial interesante de esta tecnología es que el espacio vacío en el metal podría llenarse con otro material. Por mucho que los poros de la madera se utilicen para contener células vivas y transportar agua y nutrientes, la madera metálica podría llenarse con materiales que actuarían como, por ejemplo, una batería para producir cosas como un ala de avión autopropulsada, o una pierna protésica.


Escrito originalmente por New Atlas
Fotografía principal cortesía Madera21

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