Las espumas metálicas desarrolladas por los científicos de materiales Stefan Diebels y Anne Jung de la Universidad de Saarland Strong son lo suficientemente fuertes para su uso en sistemas de protección contra impactos en automóviles. y son capaces de absorber las ondas de choque producidas por una detonación. Su superligero, Las espumas metálicas extremadamente resistentes se pueden personalizar para una amplia gama de aplicaciones.

La inspiración para el nuevo sistema de espuma provino de los huesos. Usando un proceso de recubrimiento patentado, el equipo de Saarbrücken fabricó muy estable, espumas metálicas porosas que se pueden utilizar, por ejemplo, en proyectos de construcción ligera. El sustrato de celosía inicial es una espuma de aluminio o de polímero, no muy diferente a una esponja de cocina. El equipo de investigación y la empresa de nueva creación que ha generado su trabajo (Mac Panther Materials GmbH, Bremen, Alemania) estará en Hannover Messe, donde exhibirán su proceso del 1 al 5 de abril en el Stand de Investigación e Innovación de Saarland (Hall 2, Stand B46).

Los huesos son uno de los muchos desarrollos ingeniosos de la naturaleza. Son fuertes y estables y pueden soportar cargas casi tan bien como el acero. Pero a pesar de su fuerza, los huesos son increíblemente ligeros. El secreto radica en la combinación de un caparazón exterior duro que encierra una capa porosa, Red enrejada de tejido óseo en el interior del hueso. Esta estructura ahorra material y reduce el peso. Las espumas metálicas imitan estas estructuras óseas naturales.

Las espumas sintéticas son porosas, Estructuras de celda abierta fabricadas a partir de metales y que tienen la apariencia de una esponja. Las espumas metálicas actualmente disponibles son adecuadamente ligeras, pero el proceso de producción es complicado y caro. La estabilidad de las estructuras de espuma similares a esponjas existentes es todavía demasiado débil y no lo suficientemente resiliente para muchas aplicaciones. Esto es cierto para la espuma de aluminio, que es el tipo más común producido en la actualidad. "Esta es la razón por la que las espumas metálicas no han tenido hasta ahora ningún impacto real en el mercado, "explica el científico de materiales Stefan Diebels, profesor de mecánica aplicada en la Universidad de Saarland.

Su equipo de investigación ha encontrado una manera de fortalecer significativamente la estructura reticular de las espumas metálicas, produciendo un peso ligero, material extremadamente estable y versátil. Diebels y la científica de materiales, la Dra. Anne Jung, han desarrollado un procedimiento patentado para recubrir los puntales individuales que forman la celosía interior de celda abierta. Como resultado, el exterior de la espuma es más fuerte y más estable, y la estructura ahora puede soportar cargas extremas. Sin embargo, la espuma tratada permanece sorprendentemente ligera.

El equipo comenzó utilizando espumas de aluminio, pero ahora utilizan espumas de poliuretano de bajo costo cuya resistencia proviene enteramente del revestimiento de metal delgado aplicado a la estructura de celosía. "Las espumas metálicas resultantes tienen una densidad baja, una gran superficie pero un pequeño volumen. En relación a su peso, estas espumas son extremadamente fuertes y rígidas, "dice Stefan Diebels. De hecho, Son tan fuertes que se utilizan como barreras móviles para proteger de las ondas de choque provocadas por las explosiones. Incluso cuando se expone a detonaciones bajo el agua, las espumas simplemente 'tragan' el sonido y las ondas de presión resultantes, protegiendo así a los organismos marinos sensibles de los efectos de estas poderosas ondas de choque.

"La mayoría de las aplicaciones en las que nos centramos son generalmente menos espectaculares, como el uso de nuestras espumas en construcciones ligeras, "explica la Dra. Anne Jung, un científico investigador senior en el grupo de Diebels.

Muchos productos se pueden hacer más livianos y estables inspirándose en el ingenio de diseño de la naturaleza. Por ejemplo, Las estructuras de soporte de carga en automóviles y aviones podrían fabricarse a partir de la espuma metálica. "Se pueden instalar como puntales de refuerzo en la carrocería, al mismo tiempo que proporciona protección contra impactos. Los puntales pueden consumir grandes cantidades de energía y pueden absorber la fuerza de una colisión cuando partes del núcleo poroso se fracturan bajo el impacto. "explica Anne Jung.

Existen numerosas áreas de aplicación para estas espumas, como en la catálisis, ya que el material es poroso y, por lo tanto, permite que los líquidos y gases fluyan a través de él, o para absorción de impactos o como escudo térmico, ya que las espumas exhiben una excelente resistencia al calor. El material de espuma también se puede utilizar para apantallamiento electromagnético o en aplicaciones arquitectónicas, donde encuentra uso como revestimiento fonoabsorbente o como elemento de diseño de edificios.

El revestimiento se aplica en un baño de galvanoplastia. El aspecto más desafiante del proceso de galvanoplastia fue lograr un recubrimiento uniforme de la capa ultrafina en todo el interior de la estructura de espuma. "El problema, "explica Anne Jung, "Es que la espuma metálica actúa como una jaula de Faraday". Como el interior de la espuma está rodeado por material conductor eléctrico, corriente eléctrica y, por lo tanto, el revestimiento se desvía hacia el exterior del cuerpo de espuma y no viaja a través del interior de la espuma; es similar a lo que sucede cuando un rayo cae sobre un automóvil. El gran avance se produjo cuando Anne Jung decidió utilizar una jaula de ánodo especial, que le permite aplicar un uniforme, Recubrimiento nanocristalino en toda la red de celosía. "El método patentado también funciona a escala industrial con espumas con superficies muy grandes, "agrega Jung.

El equipo de Saarbrücken ha sido autor de numerosos artículos científicos importantes en el campo, y ahora es considerado como uno de los principales grupos de investigación del mundo en la caracterización micromecánica de estas rejillas metálicas porosas. Usando una serie de experimentos, simulaciones, pruebas de tensión y compresión, microscopía óptica y tomografía computarizada de rayos X, el equipo de investigación ha examinado la estructura, la geometría de los poros y la curvatura de los puntales y han demostrado cómo la variación del espesor del nanorrevestimiento puede impartir diferentes propiedades a los materiales de espuma. Variando la composición del revestimiento, su grosor o el tamaño de los poros, el equipo puede personalizar las espumas para satisfacer diferentes necesidades de aplicación. Por ejemplo, nanocubrimiento de la estructura de celosía de celda abierta con níquel produce espumas particularmente fuertes, con cobre, el material de espuma presenta una alta conductividad térmica, con plata tienen buenas propiedades antibacterianas, y con el oro la espuma es muy decorativa. El grupo de investigación de Saarbrücken, que incluye estudiantes e investigadores de doctorado, Seguimos trabajando para optimizar tanto el proceso de producción como el propio material.

Con el fin de facilitar la aplicación comercial e industrial de los resultados de sus investigaciones, los investigadores de Saarbrücken han iniciado un proyecto piloto de transferencia de tecnología junto con la Oficina de Transferencia de Tecnología y Conocimiento (KWT) de la Universidad de Saarland y los socios externos de la puesta en marcha Dr. Andreas Kleine y Michael Kleine, y han establecido la empresa Mac Panther Materials GmbH con sede en Bremen. Tanto el Dr. Jung como el profesor Diebels tienen participación en la nueva empresa, al igual que la empresa de transferencia de tecnología y conocimiento de la Universidad de Saarland, WuT.