La profesora asistente de ingeniería mecánica e industrial Marilyn Minus ha desarrollado una fibra súper fuerte que rivaliza con las mejores de la industria. Crédito:Mary Knox Merrill
En el mercado actual de fibras de alto rendimiento, utilizado para aplicaciones como chalecos antibalas, los fabricantes tienen solo cuatro opciones:Kevlar, Espectros Dyneema, y Zylon. Hecho de polímeros como polietileno, estas eran las fibras sintéticas más fuertes del mundo, hasta hace poco.
Marilyn Menos, profesor asistente de ingeniería en Northeastern, ha desarrollado un tipo de fibra que es más fuerte que los tres primeros productos comerciales mencionados anteriormente, e, incluso en su primera generación, se acerca mucho a la fuerza de la cuarta (Zylon).
Añadiendo pequeñas cantidades de nanotubos de carbono, rectos, Las partículas cilíndricas hechas enteramente de carbono —a las fibras de polímero aumentan su resistencia marginalmente. Pero como estudiante de posgrado en el Instituto de Tecnología de Georgia hace cinco años, Minus supuso que con un poco más de control, ella podría convertir esas modestas mejoras en dramáticas. Ha pasado los últimos cuatro años en Northeastern demostrando su corazonada.
En un artículo publicado recientemente en la revista Materiales e ingeniería macromoleculares , Minus presentó un proceso sintonizable para crear fibras súper fuertes que compiten con las mejores de la industria. Como en trabajos anteriores, El método de Minus integra nanotubos de carbono en la fibra de polímero, sino que en lugar de servir simplemente como un ingrediente adicional, los nanotubos ahora también desempeñan un papel organizativo.
Desde polvo de negro de humo hasta partículas metálicas, una variedad de materiales puede guiar la formación de tipos de cristales específicos en un proceso llamado nucleación. Pero antes de los nanotubos de carbono, Menos dijo, "Nunca hemos tenido un material nucleante tan similar a los polímeros".
Las fibras creadas por el equipo de Minus se muestran en rojo. El ajuste del proceso de cristalización los hace más fuertes que cualquier otro material en el mercado, excepto Zylon. Crédito:Marilyn Minus.
Esta similitud permite que los nanotubos actúen como patines a lo largo de los cuales pueden deslizarse las largas cadenas de polímero. alineándose perfectamente entre sí.
Pero es el proceso de cristalización lo que impulsa las notables propiedades reportadas recientemente. En su investigación, Minus y sus colegas demostraron que podían activar o desactivar fácilmente estas propiedades. Al cambiar nada más que el patrón de calentamiento y enfriamiento del material, pudieron aumentar la fuerza y la dureza de las fibras hechas con los mismos ingredientes.
Después de usar el ajuste del proceso de cristalización, Las imágenes de microscopio electrónico muestran que los nanotubos del interior de la fibra están recubiertos de polímero. Crédito:Marilyn Minus
En la investigación actual, Minus y sus colegas elaboraron la receta y el proceso de un polímero en particular:el alcohol polivinílico. "Pero podemos hacer esto con otros polímeros y lo estamos haciendo, " ella dijo.
La simple combinación de los nanotubos y el polímero no induce al polímero a recubrir uniformemente el nanotubo. Crédito:Marilyn Minus
Con financiación de una nueva subvención de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, Minus ahora resolverá el método para un polímero llamado poliacrilonitrlo, o PAN. Este es el material dominante utilizado para formar fibras de carbono, que son de particular interés en materiales compuestos ligeros como los utilizados en el avión Boeing 787. Con la estructura más organizada que ofrece el método de Minus, este material podría ver un gran aumento en su ya gran rendimiento.
