El Graphene Flagship reunió a los mejores investigadores y empresas europeas para discutir las formas más disruptivas en que el grafeno podría mejorar los compuestos utilizados en la industria aeroespacial. industrias automotriz y energética. El equipo multidisciplinario involucró a investigadores de instituciones académicas, empresas comerciales como Graphene Flagship Partners Nanesa y Avanzare, y grandes industrias de usuarios finales de transporte, como Graphene Flagship Partners Airbus y Fiat. Demostraron que la integración de grafeno y materiales relacionados (GRM) en compuestos reforzados con fibra (FRC) tiene un gran potencial para mejorar el peso y la resistencia. y ayuda a superar los cuellos de botella que limitan las aplicaciones de estos compuestos en aviones, carros, turbinas eólicas y más. Hoy en día, la industria del transporte es responsable de casi un tercio de la demanda mundial de energía, y es la principal fuente de contaminación y emisiones de gases de efecto invernadero en las zonas urbanas. Por lo tanto, los científicos de Graphene Flagship están continuamente tratando de desarrollar nuevos materiales para reducir el uso de combustible y CO ₂ emisiones, ayudando a mitigar el daño ambiental y el cambio climático.

Los compuestos integrados con grafeno son un ejemplo de materiales más ligeros con un gran potencial para su uso en marcos de vehículos. Se construyen mediante la introducción de láminas de grafeno, unas mil millonésimas de metro de espesor, en compuestos de fibra jerárquica como nanoaditivos. Los compuestos de fibra jerárquica son un tipo de material compuesto en el que se combinan componentes de diferentes tamaños de forma controlada para mejorar significativamente las propiedades mecánicas. Por lo general, consisten en fibras de carbono micro o mesoscópicas, unas millonésimas de metro de espesor, unido a una matriz de polímero, y ya se utilizan como materiales de construcción para fabricar vehículos de todas las formas y tamaños.

La alta relación de aspecto del grafeno, la alta flexibilidad y resistencia mecánica le permiten mejorar la resistencia de los puntos débiles en estos compuestos, como en la interfaz entre dos componentes diferentes. Su química de superficie ajustable también significa que las interacciones con la fibra de carbono y la matriz de polímero se pueden ajustar según sea necesario. La fibra La matriz de polímero y las capas de grafeno trabajan juntas para distribuir el estrés mecánico, dando como resultado un material con resistencia mejorada y otras propiedades beneficiosas.

Hay muchos desafíos a considerar. Por ejemplo, los aviones experimentan cambios de temperatura entre 20 ° C y -40 ° C cada vez que despegan y aterrizan, con grandes diferencias de presión y humedad. Por lo tanto, los compuestos integrados con grafeno deben resistir la condensación del agua e incluso la congelación dentro del fuselaje. También necesitan soportar los rayos, que ocurren varias veces al mes, por lo que las propiedades conductoras del grafeno deben aprovecharse para crear un marco eléctricamente conductor que resista los impulsos electromagnéticos. En los coches Los nuevos materiales estructurales deben poder resistir las pruebas de choque y ser lo suficientemente livianos para garantizar la eficiencia del combustible. Los investigadores de Graphene Flagship también están investigando materiales conductores para reemplazar los circuitos en los tableros de los automóviles.

Los investigadores y los usuarios finales se unen

Socios emblemáticos de Graphene en la Universidad Queen Mary y el Instituto Nacional de Grafeno, REINO UNIDO, CUARTO-Hellas, Grecia, CNR, Italia, y la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, colaboró ​​con investigadores de la Universidad de Turín, la Universidad de Trento y KET-LAB, Italia, y la Universidad de Patras, Grecia, para proporcionar perspectivas de la comunidad investigadora. Trabajaron con científicos de las empresas asociadas de Graphene Flagship Nanesa, Italia, y Avanzare, España, para revisar la viabilidad tecnológica de los FRC incorporados al grafeno.

Francesco Bertocchi, coautor de la ponencia y presidente de Nanesa, cree que los FRC incorporados con grafeno son realmente factibles para el diseño de vehículos, y ha creado nuevos compuestos con muchas propiedades esenciales para las industrias del transporte. "Gracias a Graphene Flagship, Nanesa ha trabajado en estrecha sinergia con muchos socios para crear muchos prototipos diferentes. Estos incluyen propiedades como retardancia de llama, barrera de absorción de vapor de agua, alta conductividad eléctrica y térmica, y blindaje EMI. También integramos sistemas termorresistivos para deshielo y antihielo, " él dice.

Socios emblemáticos de grafeno Airbus y Fiat-Chrysler Automobiles, industrias aeroespaciales y automotrices líderes en el mundo, evaluó el impacto de los FRC incorporados al grafeno en las industrias aeroespacial y automotriz y evaluó su viabilidad comercial.

Tamara Blanco-Varela, coautor e ingeniero de materiales y procesos en Airbus, explica que Airbus está trabajando duro para que estos materiales sean viables para su uso en nuevos modelos de aviones. "Todos sabemos que el sector aeronáutico es un gran desafío para la introducción de nuevos materiales o tecnologías. Airbus se compromete a hacer que los materiales relacionados con el grafeno vuelen lo antes posible, y se está estableciendo un enfoque paso a paso, ", dice. Al seleccionar aplicaciones de 'beneficio rápido' con beneficios inmediatos para la industria aeroespacial, anticipa que los FRC integrados en grafeno llegarán pronto al mercado.

"Un ejemplo es el uso de estos materiales con fines antihielo y deshielo en aviones, para lo cual Airbus liderará actividades dirigidas a la explotación comercial de esta tecnología. Esperamos que alcance un alto nivel de madurez, con un nivel de preparación objetivo entre cinco y seis, En los próximos años."

Brunetto Martorana, coautor e investigador de Graphene Flagship partner Fiat-Chrysler Automobiles, añade:"Las interesantes propiedades estructurales del grafeno han abierto una ventana interesante para diseñar nuevos compuestos ligeros". Explica que los nuevos materiales compuestos ligeros no necesariamente tienen que ser de menor resistencia e introducir problemas de seguridad. "Se deben encontrar nuevos enfoques para mejorar la 'resistencia a impactos' de los compuestos, y los compuestos de grafeno pueden cumplir esa función, ", continúa. Fiat-Chrysler Automobiles se ha comprometido ahora con la comercialización de nuevos materiales compuestos, y liderará una nueva iniciativa para llevar esta tecnología al mercado ".

Una perspectiva edificante

"El buque insignia de grafeno proporciona un claro, asociación duradera para que diferentes socios trabajen juntos. Todos comenzaron su colaboración como parte de nuestro paquete de trabajo de materiales compuestos, "comenta Vincenzo Palermo, Subdirector de Graphene Flagship y autor principal del artículo. "Graphene Flagship impulsa a todos los socios a tener interacciones frecuentes, con reuniones periódicas, como en este caso, los socios que comenzaron a trabajar en grafeno con diferentes motivaciones se han unido para abordar desafíos comunes, " él dice.

Galiotis, el líder del paquete de trabajo de materiales compuestos de Graphene Flagship, expresa que esta colaboración ha sido muy valiosa. "Esta es una revisión completa del trabajo realizado en Graphene Flagship, y en otros lugares, para confirmar que la adición de GRM proporciona beneficios a muchas aplicaciones en la industria aeroespacial, automotor, industrias de la energía y el ocio ". Galiotis expresa un interés particular en el análisis de la revisión de las mejores formas de procesar GRM en materiales compuestos, el efecto de esto en el rendimiento compuesto general, y los desafíos que enfrentan los científicos en la búsqueda de compuestos de alto rendimiento. "En general, Creo que este es un artículo de revisión oportuno para el campo de los compuestos, que deben leer con interés todas las partes involucradas en el desarrollo y uso de compuestos, ", concluye.

Andrea C. Ferrari, Oficial de ciencia y tecnología de Graphene Flagship y presidente de su panel de administración, comenta:"Este documento muestra el liderazgo de grandes corporaciones y pequeñas empresas, todos los socios de Graphene Flagship, en llevar compuestos de grafeno al mercado en los próximos años. Esto muestra una vez más el progreso constante del Graphene Flagship a lo largo de su hoja de ruta de tecnología e innovación ".