Un nuevo peso pluma Se ha demostrado que el "metamaterial" superelástico y resistente a las llamas combina alta resistencia con conductividad eléctrica y aislamiento térmico. sugiriendo aplicaciones potenciales desde los edificios hasta la industria aeroespacial.

El compuesto combina nanocapas de una cerámica llamada óxido de aluminio con grafeno, que es una hoja de carbono extremadamente delgada. Aunque tanto la cerámica como el grafeno son frágiles, el nuevo metamaterial tiene una microestructura en forma de panal que proporciona superelástica y robustez estructural. Los metamateriales están diseñados con características, patrones o elementos en la escala de nanómetros, o mil millonésimas de metro, proporcionando nuevas propiedades para diversas aplicaciones potenciales.

El grafeno normalmente se degrada cuando se expone a altas temperaturas, pero la cerámica imparte una alta tolerancia al calor y resistencia a las llamas, propiedades que podrían ser útiles como escudo térmico para aviones. El peso ligero Las propiedades de alta resistencia y absorción de impactos podrían hacer del material compuesto un buen material de sustrato para dispositivos electrónicos flexibles y "sensores de gran tensión". Debido a que tiene una alta conductividad eléctrica y, sin embargo, es un excelente aislante térmico, podría usarse como retardante de llama, revestimiento termoaislante, así como sensores y dispositivos que convierten el calor en electricidad, dijo Gary Cheng, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Industrial de la Universidad de Purdue.

"Este material es más ligero que una pluma, ", dijo." La densidad es realmente baja. Tiene una relación resistencia-peso muy alta ".

Los hallazgos se detallaron en un artículo de investigación publicado el 29 de mayo en la revista Materiales avanzados . El documento fue una colaboración entre Purdue, Universidad de Lanzhou y el Instituto de Tecnología de Harbin, ambos en China, y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. Un punto destacado de la investigación sobre el trabajo apareció en la revista. Materiales de investigación de la naturaleza .

"Las propiedades sobresalientes de los componentes cerámicos actuales se han utilizado para permitir muchas aplicaciones multifuncionales, incluidas las pieles de protección térmica, sensores inteligentes, Recubrimientos anticorrosivos y de absorción de ondas electromagnéticas, "Dijo Cheng.

Sin embargo, Los materiales a base de cerámica tienen varios cuellos de botella fundamentales que impiden su uso omnipresente como elementos funcionales o estructurales.

"Aquí, Divulgamos un metamaterial cerámica-grafeno multifuncional con superelásticas derivadas de microestructura y robustez estructural, ", Dijo Cheng." Logramos esto mediante el diseño de una microestructura de panal jerárquica ensamblada con paredes celulares de múltiples nanocapas que sirven como unidades elásticas básicas. Este metamaterial demuestra una secuencia de propiedades multifuncionales simultáneamente que no se han reportado para cerámicas y cerámicas-matriz-estructuras compuestas ".

El material compuesto está hecho de células de grafeno interconectadas intercaladas entre capas de cerámica. El andamio de grafeno, conocido como aerogel, se une químicamente con capas cerámicas mediante un proceso llamado deposición de capa atómica.

"Controlamos cuidadosamente la geometría de este aerogel de grafeno, ", dijo." Y luego depositamos capas muy delgadas de la cerámica. La propiedad mecánica de este aerogel es multifuncional, que es muy importante. Este trabajo tiene el potencial de hacer del grafeno un material más funcional ".

El proceso podría ampliarse para la fabricación industrial, él dijo.

El trabajo futuro incluirá investigación para mejorar las propiedades del material, posiblemente cambiando su estructura cristalina, ampliar el proceso de fabricación y controlar la microestructura para ajustar las propiedades del material.