Desde que un grupo de investigación en la Universidad de Kiel (CAU) y la Universidad Tecnológica de Hamburgo (TUHH) en Hamburgo-Harburg desarrolló aerografito, uno de los materiales más livianos del mundo, en el año 2012, han continuado investigando al respecto. Su compleja arquitectura tetrápoda le da al material 3-D a base de carbono propiedades muy únicas, tales como elasticidad y conductividad eléctrica extremadamente altas. Ahora, por primera vez, como parte de un equipo de investigación internacional, Los científicos de materiales de la CAU pudieron doblar los tetrápodos huecos individuales, cada uno mide sólo unos pocos micrómetros de tamaño. Después de doblar, los tetrápodos conservan automáticamente su forma original, sin sufrir ningún daño. Esto hace concebibles aplicaciones avanzadas, tanto en la ciencia de los materiales como en el campo de la medicina regenerativa. El equipo de investigación publicó sus resultados en Comunicaciones de la naturaleza .

En cuanto a nuevos materiales, Los científicos están interesados ​​principalmente en una cosa:qué propiedades tienen, y ¿cómo se comportan en diferentes condiciones? Esto también determina los nuevos usos posibles de los materiales. "Para predecir el comportamiento mecánico general de un material de red, Debemos investigar las estructuras de bloques de construcción individuales con las que se construye, "explicó el Dr. Yogendra Mishra, científico de materiales en el grupo de trabajo "Nanomateriales Funcionales" de la CAU. El aerografito está hecho de tetrápodos, nanoestructura 3-D a base de carbono que consta de cuatro brazos huecos. Cuando se combinan juntos, forman un poroso, red extremadamente ligera, y reducir el peso del aerografito a solo 0,2 miligramos por centímetro cúbico. '' Debido a esta estructura única, el material presenta una alta resistencia mecánica, así como una superficie muy alta, de donde se originan interesantes características físicas y químicas, '' dice Daria Smazna, un estudiante de doctorado en el proyecto.

El equipo de investigación internacional dirigido desde Kiel ha logrado demostrar que el aerografito es extremadamente plegable. "En general, los materiales a granel como el carbono o el metal no son plegables, pero debido a su estructura especial, nuestras redes de carbono son altamente flexibles y mecánicamente estables también ", explicó el profesor Rainer Adelung, Responsable de la Cátedra de Nanomateriales Funcionales. Podrías imaginarlo como una hoja de papel. "Una hoja de papel plana no ofrece resistencia, si lo sostienes de un lado, simplemente cuelga. Sin embargo, si lo enrollamos o lo arrugamos, alcanza un cierto grado de estabilidad, ", continuó el científico de materiales. Por lo tanto, depende de la disposición geométrica dentro del material. La forma especial de los tetrápodos hizo que los investigadores sospecharan que podrían doblarse, a pesar de la ligereza del aerografito. Esto se debe a que los brazos individuales tienen paredes muy delgadas y están huecos por dentro ". Esto les permite doblarse en tantos lugares diferentes, incluso de forma reversible. Vuelven automáticamente a su forma original, sin sufrir ningún daño, "explicó Mishra." Al igual que un acordeón, el objeto tridimensional se puede plegar en una forma bidimensional, y luego se desdobló de nuevo ".

Los investigadores de Kiel imaginaron cómo se comporta el aerografito cuando está plegado, al menos según sus sospechas. Para caracterizar el material y demostrar que su idea es realmente cierta, también tuvieron que doblar los objetos del tamaño de un micrómetro en la práctica. Para hacerlo necesitaban un microscopio electrónico de barrido especial, que encontraron en Riga (Estonia). Aquí, el equipo de Kiel ya estaba trabajando con otros científicos en un proyecto diferente. Con una aguja de medición a nanoescala, los colegas allí pudieron agarrar y doblar los tetrápodos de aerografito. Los científicos de materiales Dr. Stefano Signetti y Prof. Pugno, coautor principal del artículo, de la Universidad Italiana de Trento, proporcionó la comprensión mecánica final y la generalización, desarrollar tanto los modelos analíticos como numéricos, y así también la prueba de que las suposiciones de los colegas de Kiel eran correctas. '' Nuestros cálculos de modelado teórico y numérico proporcionan una comprensión general para el diseño de materiales de aerografito y están muy de acuerdo con la suposición de los investigadores de Kiel, así como con las observaciones experimentales de la máquina de Riga '', agrega Nicola Pugno. Catedrático de Mecánica Sólida y Estructural.

"El método de cálculo que se ha desarrollado y verificado gracias a esta cooperación internacional, se puede aplicar a tetrápodos de varios tamaños. Proporciona una base valiosa para investigar aún más las propiedades de redes de tetrápodos completos y aerografito, ", elaboró ​​Mishra. A largo plazo, comprender cómo se pueden plegar las redes de tetrápodos huecos, sin embargo, nos gusta sin estropearnos, podría ayudar a optimizar la producción de sólidos altamente porosos como aerogeles y espumas, o permitir su uso en la regeneración de tejidos (el llamado andamio en ingeniería médica).