MW: Científicos producen el material más ligero del mundo

Artículo publicado por Claudia Eulitz el 17 de julio de 2012 en la Universidad de Kiel

Este es el material más ligero del mundo: una red de tubos de carbono poroso que se entrelazan en tres dimensiones a nivel nano y micro. Pesa apenas 0,2 miligramos por centímetro cúbico, siendo por tanto 75 veces más ligero que el poliestireno extruido (Styrofoam), aunque es muy fuerte. Científicos de la Universidad de Kiel (KU) y la Universidad Tecnológica de Hamburgo (TUHH) han nombrado a su creación conjunta “Aerografito”. Los resultados científicos se publicaron como artículo de portada en la revista científica “Advanced Materials” el pasado 3 de julio. Ayer, 17 de julio, se presentó al público.

Aerografito Crédito: TUHH

Las propiedades

Es negro azabache, permanece estable, es conductor de la electricidad, dúctil y opaco. Con estas propiedades únicas y su bajísima densidad, el material de carbono “Aerografito” supera en rendimiento claramente a materiales similares. Nuestro trabajo está causando mucho debate en la comunidad científica. El Aerografito pesa cuatro veces menos que el anterior poseedor del récord”, dice Matthias Mecklenburg, coautor y estudiante de doctorado en la TUHH. El hasta ahora material más ligero del mundo, un material de níquel que se presentó en público hace unos seis meses, también se construye usando diminutos tubos, solo que el níquel tiene una masa atómica mayor que el carbono. “Además, somos capaces de producir tubos con paredes porosas. Esto los hace extremadamente ligeros”, añade Arnim Schuchard, coautor y estudiante de doctorado en la Universidad de Kiel. El profesor Lorenz Kienle y el Dr. Andriy Lotnyk fueron capaces de descifrar la estructura atómica del material con ayuda de un microscopio electrónico de transmisión (MET).

A pesar de su bajo peso, el Aerografito es muy elástico. Aunque los materiales ligeros normalmente soportan bien la compresión, pero no la tensión, el Aerografito soporta bien ambas: una excelente carga de compresión y tensión. Es capaz de soportar una compresión de hasta el 95 por ciento y volver a su forma original sin sufrir daño, dice el profesor Rainer Adelung de la Universidad de Kiel. “Llegado cierto punto el Aerografito se hará más sólido y, por tanto, más fuerte que antes”, señala. Otros materiales se debilitan y se hacen menos estables cuando se exponen a tales tensiones. “Además, el nuevo material absorbe casi por completo los rayos de luz. Se podría decir que crea el negro más negro”, reconoce el Profesor de la Universidad de Hamburgo Karl Schulte.

La construcción

“Piensa en el Aerografito como en una hiedra entrelazada que serpentea alrededor de un árbol. Y ahora elimina el árbol”, así describe Adelung el proceso de construcción. El “árbol” es lo que se conoce como plantilla de sacrificio, un medio para lograr un fin. El equipo de Kiel, que cuenta con Arnim Schuchardt, Rainer Adelung, Yogendra Mishra y Sören Kaps, usó un óxido de zinc en forma pulverizada. Calentándolo a 900 grados Celsius se transformó en una forma cristalina.

A partir de este material, los científicos de Kiel crearon una especie de píldora. En ella, el óxido de zinc formó nano y micro estructuras llamadas tetrápodos. Estos se entrelazan y construyen una entidad estable de partículas que forman la píldora porosa. De esta forma, los tetrápodos producen la red que es la base del Aerografito.

En un paso posterior, la píldora se coloca en el reactor para deposición de vapor químico situado en TUHH y se calienta hasta los 760 grados Celsius. “En el flujo de una atmósfera gaseosa enriquecida con carbono, el óxido de zinc incorpora una cobertura de grafito de apenas unas pocas capas de átomos. Esto forma la estructura compleja red del Aerografito. Simultáneamente, se introduce el hidrógeno. Este reacciona con el oxígeno presente en el óxido de zinc y da como resultado la emisión de vapor y gas de zinc”, prosigue Schulte. Lo que queda son las características estructuras de carbono en forma de tubo entrelazadas. El científico de TUHH Mecklenburg comenta que: “Cuanto más rápidamente sacamos el zinc, más porosas se vuelven las paredes del tubo y más ligero es el material. Hay un margen considerable”. Schuchard añade: “Lo bueno es que somos capaces de afectar a las características del Aerografito; la forma de la plantilla y el proceso de separación están en constante ajuste tanto en Kiel como en Hamburgo”.

La aplicación

Debido a las características únicas de este material, el Aerografito podría encajar como electrodo en las baterías de ión litio. En este caso, apenas sería necesaria una cantidad mínima de electrolito en la batería, lo que llevaría a una importante reducción del peso de la misma. Los autores ya esbozaron este propósito en un artículo recientemente publicado. Las áreas de aplicación de estas pequeñas baterías podrían ser los coches electrónicos o bicicletas eléctricas. De esta forma, el material contribuye al desarrollo de unos medios de transporte más ecológicos.

De acuerdo con los científicos, otras áreas de aplicación podrían ser la conductividad eléctrica de materiales sintéticos. Los plásticos no conductores podrían transformarse sin un aumento de peso. La estática, que sufre la mayor parte de la gente a diario, podría por tanto evitarse.

El número de posibles áreas de aplicación para el material más ligero del mundo no tiene límites. Tras saludar oficialmente al Aerografito, científicos de distintas áreas de investigación tienen gran cantidad de ideas. Una posibilidad podría ser su uso en los componentes electrónicos de aviación y satélites dado que soportan grandes cantidades de vibración. El material también podría ser una prometedora ayuda en la purificación del agua. Podría actuar como adsorbente para los persistentes contaminantes del agua pudiendo oxidarlos o descomponerlos y eliminarlos. Los científicos se beneficiarían de las ventajas del Aerografito, a saber, la estabilidad mecánica, conductividad eléctrica y gran superficie. Otra posibilidad podría ser la purificación del aire ambiental para incubadoras o sistemas de ventilación.

Artículo de Referencia: Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance; DOI: 10.1002/adma.201200491

Autor: Claudia Eulitz
Fecha Original: 17 de julio de 2012
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