Los investigadores de UCLA y los colaboradores de otras ocho instituciones de investigación han creado un Aerogel cerámico muy duradero. El material podría usarse para aplicaciones como el aislamiento de naves espaciales porque puede soportar el calor intenso y los cambios de temperatura severos que soportan las misiones espaciales.

Los aerogeles cerámicos se han utilizado para aislar equipos industriales desde la década de 1990, y se han utilizado para aislar equipos científicos en las misiones del rover a Marte de la NASA. Pero la nueva versión es mucho más duradera después de la exposición a calor extremo y picos de temperatura repetidos. y mucho más ligero. Su composición atómica única y su estructura microscópica también lo hacen inusualmente elástico.

Cuando se calienta el material se contrae en lugar de expandirse como lo hacen otras cerámicas. También se contrae perpendicularmente a la dirección en la que se comprime, imagina presionar una pelota de tenis sobre una mesa y hacer que el centro de la pelota se mueva hacia adentro en lugar de expandirse, lo contrario de cómo reaccionan la mayoría de los materiales cuando se comprimen. Como resultado, El material es mucho más flexible y menos quebradizo que los aerogeles cerámicos de última generación:se puede comprimir al 5 por ciento de su volumen original y recuperarse por completo. mientras que otros aerogeles existentes pueden comprimirse a solo un 20 por ciento y luego recuperarse por completo.

La investigación, que se publicó hoy en Ciencias , fue dirigido por Xiangfeng Duan, profesor de química y bioquímica de UCLA; Yu Huang, un profesor de ciencia e ingeniería de materiales de UCLA; y Hui Li del Instituto de Tecnología de Harbin, Porcelana. Los primeros autores del estudio son Xiang Xu, becario postdoctoral visitante en química en UCLA del Instituto de Tecnología de Harbin; Qiangqiang Zhang de la Universidad de Lanzhou; y Menglong Hao de UC Berkeley y Southeast University.

Otros miembros del equipo de investigación eran de UC Berkeley; Universidad de Purdue; Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; Universidad de Hunan, Porcelana; Universidad de Lanzhou, Porcelana; y la Universidad King Saud, Arabia Saudita.

A pesar de que más del 99 por ciento de su volumen es aire, Los aerogeles son sólidos y estructuralmente muy fuertes para su peso. Pueden estar hechos de muchos tipos de materiales, incluida la cerámica, óxidos de carbono o metálicos. Comparado con otros aislantes, Los aerogeles a base de cerámica son superiores para bloquear temperaturas extremas, y tienen una densidad ultrabaja y son altamente resistentes al fuego y la corrosión, cualidades todas que se prestan bien a las naves espaciales reutilizables.

Pero los aerogeles de cerámica actuales son muy frágiles y tienden a fracturarse después de una exposición repetida a calor extremo y cambios drásticos de temperatura. ambos son comunes en los viajes espaciales.

El nuevo material está hecho de finas capas de nitruro de boro, una cerámica, con átomos que están conectados en patrones hexagonales, como alambre de gallinero.

En la investigación dirigida por UCLA, resistió condiciones que normalmente fracturarían otros aerogeles. Resistió cientos de exposiciones a picos de temperatura repentinos y extremos cuando los ingenieros aumentaron y bajaron la temperatura en un contenedor de prueba entre menos 198 grados Celsius y 900 grados sobre cero en solo unos segundos. En otra prueba, perdió menos del 1 por ciento de su resistencia mecánica después de almacenarse durante una semana a 1, 400 grados centígrados.

"La clave de la durabilidad de nuestro nuevo aerogel cerámico es su arquitectura única, "Dijo Duan." Su flexibilidad innata lo ayuda a soportar los golpes de calor extremo y choques de temperatura que harían fallar otros aerogeles cerámicos ".

Los materiales cerámicos ordinarios generalmente se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Tiempo extraordinario, esos cambios repetidos de temperatura pueden hacer que esos materiales se fracturen y finalmente fallen. El nuevo aerogel fue diseñado para ser más duradero al hacer todo lo contrario:se contrae en lugar de expandirse cuando se calienta.

Además, La capacidad del aerogel para contraerse perpendicularmente a la dirección en la que se comprime, como en el ejemplo de la pelota de tenis, lo ayuda a sobrevivir a los cambios de temperatura rápidos y repetidos. (Esa propiedad se conoce como una relación de Poisson negativa). También tiene "paredes" interiores que están reforzadas con una estructura de doble panel, que reduce el peso del material al tiempo que aumenta su capacidad aislante.

Duan dijo que el proceso que desarrollaron los investigadores para fabricar el nuevo aerogel también podría adaptarse para fabricar otros materiales ultraligeros.

"Esos materiales podrían ser útiles para el aislamiento térmico en naves espaciales, automóviles u otro equipo especializado, ", dijo." También podrían ser útiles para el almacenamiento de energía térmica, catálisis o filtración ".