Julia Greer, profesor de ciencia de los materiales, mecánica e ingeniería médica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, crea materiales a partir de bloques de construcción a micro y nanoescala que se organizan en arquitecturas sofisticadas que pueden ser periódicas, como una celosía, o arbitrario. Descrito como "materiales arquitectónicos, "a veces presentan propiedades inusuales. Por ejemplo, Greer ha creado cerámicas con recuperabilidad similar a la espuma, marcos ligeros pero ultrafuertes que pueden recuperarse después de la compresión, y baterías mecánicamente robustas.

Trabajando con Yong-Wei Zhang del Instituto de Computación de Alto Rendimiento en Singapur, Greer ha determinado que la falla de los materiales arquitectónicos, el punto en el que se rompen cuando se comprimen o estiran, se puede describir utilizando la mecánica continua clásica, que modela el comportamiento de un material como una masa continua en lugar de como partículas individuales (o "discretas").

Este hallazgo implica una dualidad en la naturaleza de estos materiales, en el sentido de que pueden pensarse tanto como partículas individuales como como un solo colectivo. Los hallazgos de Greer y Zhang fueron anunciados en un artículo publicado por la revista. Materiales funcionales avanzados el 13 de diciembre.

Los materiales arquitectónicos son interesantes para los ingenieros debido a sus propiedades a menudo inusuales, pero su comportamiento puede ser difícil de predecir. Es imposible saber cómo responderán al estrés hasta que se creen en un laboratorio y se prueben. Como tal, La creación de estos materiales ha sido en gran parte prueba y error:los investigadores soñaban con nuevas estructuras de celosía y luego las aplastaban y estiraban para ver qué tan fuertes eran. Si bien este proceso ha dado lugar a algunos descubrimientos interesantes, Ser capaz de predecir cómo funcionará una celosía determinada bajo presión antes de construirla facilitaría a los ingenieros la creación de materiales especialmente diseñados.

El equipo fabricó una celosía de huecos, Vigas de óxido de aluminio de 50 nanómetros de espesor, y luego realizaron pruebas de "falla":colocaron la celosía bajo tensión y registraron cuándo y cómo se agrietó. Las pruebas mostraron que el material tiene una relación resistencia-densidad, o "fuerza específica, "eso es cuatro veces más alto que el de cualquier otro material reportado hasta la fecha.

En tono rimbombante, las pruebas de falla permitieron al equipo crear una teoría sobre cómo fallan los materiales arquitectónicos en general ". Este nuevo análisis nos brinda un enfoque muy poderoso para diseñar nuevos materiales que son particularmente resistentes al daño y al desgarro mientras mantienen un peso excepcionalmente bajo, "Dice Greer.

Comprender cuándo y cómo falla un material es fundamental para que sea útil en aplicaciones del mundo real. donde nunca sería empujado más allá del punto de falla. Dicha información permite la creación de nuevos materiales que son más livianos y resistentes que cualquier otro producido hasta ahora, y que fallarán en términos simples, formas predecibles. Por el contrario, muchos convencionales (es decir, los materiales sin arquitectura) fallan repentinamente y en formas que pueden ser difíciles de prever y describir, Greer dice.

El artículo se titula "Dualidad discreta-continua de materiales arquitectónicos:falla, Defectos, y fractura ".