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07 . 15 . 21
Nuevos materiales: ‘Madera metálica’
La madera natural sigue siendo un material de construcción omnipresente debido a su alta relación resistencia/densidad. Los árboles son lo suficientemente fuertes como para crecer unos cuantos metros de altura, pero siguen siendo lo suficientemente ligeros como para flotar por un río después de ser talados.
Durante los últimos tres años, los ingenieros de la Universidad de Pensilvania han estado desarrollando un tipo de material que han denominado ‘madera metálica’. Este material obtiene sus propiedades útiles y su nombre de una característica estructural clave de su contraparte natural: la porosidad.
La madera metálica, es lo suficientemente ligera como para flotar en el agua
El material no contiene madera real, pero es similar a la madera en el sentido de tener poros: espacios de aire entre miles de millones de “puntales” en miniatura de níquel. Ampliado miles de veces en un microscopio, el material parece un panal de abejas.
“Nos referimos a este material como madera metálica, porque tiene la alta resistencia mecánica y estabilidad química del metal, así como una densidad cercana a la de materiales naturales como la madera“, escribieron los investigadores en un artículo publicado en la revista Scientific Reports.
‘Madera metálica’ tan fuerte como el titanio pero más ligera que el agua
Todavía trabajando en la nanoescala, justo por encima del tamaño de los átomos, reforzaron los puntales de carga dentro del níquel para aumentar la resistencia general del material a la del titanio, aunque es cinco veces más ligero.
El espaciado preciso, no solo le da a la madera metálica la resistencia del titanio a una fracción del peso, sino también propiedades ópticas únicas. El proceso de fabricación sigue el modelo de la forma en que la naturaleza crea ópalos, que se forman a partir de esferas microscópicas de una sustancia llamada sílice. Pero debido a que las esferas de la madera metálica se disuelven, se le llama “ópalo inverso”. Al igual que la piedra preciosa, la madera metálica de Pikul, irradia un arco iris de colores cuando se sostiene en ciertos ángulos, ya que los poros microscópicos tienen el tamaño justo para interferir con las longitudes de onda de la luz visible.
Los ingenieros de Pensilvania recientemente han resuelto un problema importante que evita que la madera metálica se fabrique en tamaños significativos: eliminar las grietas invertidas que se forman a medida que el material crece de millones de partículas a nanoescala, a películas de metal lo suficientemente grandes para construir. La prevención de estos defectos, que han plagado materiales similares durante décadas, permite ensamblar tiras de madera metálica en áreas 20.000 veces más grandes que antes.
Ahora que es posible fabricar tiras de madera metálica más grandes y consistentes, los investigadores están particularmente interesados en usar estos materiales para construir mejores dispositivos.
“Nuestro nuevo enfoque de fabricación nos permite fabricar metales porosos que son tres veces más fuertes que los metales porosos anteriores a una densidad relativa similar y 1.000 veces más grandes que otras nano-redes”, dice James Pikul, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada. “Planeamos usar estos materiales para hacer una serie de dispositivos previamente imposibles, que ya estamos usando como membranas para separar biomateriales en el diagnóstico del cáncer, recubrimientos protectores y sensores flexibles”.
James Pikul, profesor asistente de ingeniería en Pensilvania
Los diseñadores y arquitectos podrían utilizar la naturaleza porosa
La naturaleza porosa del material también es una característica que los diseñadores y arquitectos podrían aprovechar, ya que podrían llenar el espacio vacío con otras sustancias.
“Me imagino que tener un material como el acero que es poroso podría abrir nuevas posibilidades para la arquitectura en la capacidad de que los fluidos fluyan a través de él”, continuó Pikul. “El viento puede fluir a través de él en lugar de a su alrededor. El agua de lluvia también puede correr a través de él”.
“Además, podría haber materiales que se impregnen en los poros para añadir alguna funcionalidad adicional, como una respuesta térmica, o algún valor estético, como la pintura que es parte del material para que no desaparezca cuando se raya”.
“Si pudiera hacer losas realmente grandes de madera metálica, incluso podría ser útil como componente estructural de alta tecnología en un edificio“, dijo. “Probablemente sería caro en comparación con otros materiales de construcción, pero los poros microscópicos podrían ser una ventaja para la circulación de aire en climas más cálidos“.
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