Investigadores de la Universidad de California, Irvine y otras instituciones han diseñado nano-redes de placas (estructuras de carbono del tamaño de un nanómetro) que son más fuertes que los diamantes como una relación de resistencia a densidad.

En un estudio reciente en Comunicaciones de la naturaleza , los científicos informan sobre el éxito en la conceptualización y fabricación del material, que consta de estrechamente conectados, placas de celda cerrada en lugar de las armaduras cilíndricas comunes en tales estructuras durante las últimas décadas.

"Diseños anteriores basados ​​en vigas, aunque de gran interés, no había sido tan eficiente en términos de propiedades mecánicas, "dijo el autor correspondiente Jens Bauer, investigador de la UCI en ingeniería mecánica y aeroespacial. "Esta nueva clase de nanoredes de placas que hemos creado es dramáticamente más fuerte y rígida que las mejores nanoredes de haz".

Según el periódico, Se ha demostrado que el diseño del equipo mejora el rendimiento promedio de las arquitecturas basadas en vigas cilíndricas hasta en un 639 por ciento en resistencia y en un 522 por ciento en rigidez.

Miembros del laboratorio de materiales arquitectónicos de Lorenzo Valdevit, Profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UCI, así como ingeniería mecánica y aeroespacial, verificó sus hallazgos utilizando un microscopio electrónico de barrido y otras tecnologías proporcionadas por el Instituto de Investigación de Materiales de Irvine.

"Los científicos han predicho que las nanoredes dispuestas en un diseño basado en placas serían increíblemente fuertes, "dijo el autor principal Cameron Crook, un estudiante graduado de la UCI en ciencia e ingeniería de materiales. "Pero la dificultad de fabricar estructuras de esta manera significó que la teoría nunca fue probada, hasta que lo logramos ".

Bauer dijo que el logro del equipo se basa en un complejo proceso de impresión láser 3-D llamado escritura láser directa con litografía de dos fotones. Como una resina sensible a la luz ultravioleta se agrega capa por capa, el material se convierte en un polímero sólido en los puntos donde se encuentran dos fotones. La técnica es capaz de renderizar células repetidas que se convierten en placas con caras tan delgadas como 160 nanómetros.

Bauer dijo que el logro del equipo se basa en un complejo proceso de impresión láser 3-D llamado escritura láser directa de polimerización de dos fotones. Cuando un láser se enfoca dentro de una gota de una resina líquida sensible a la luz ultravioleta, el material se convierte en un polímero sólido donde dos fotones golpean simultáneamente las moléculas. Escaneando el láser o moviendo el escenario en tres dimensiones, la técnica es capaz de hacer arreglos periódicos de células, cada uno compuesto por conjuntos de placas tan delgadas como 160 nanómetros.

Una de las innovaciones del grupo fue incluir pequeños orificios en las placas que podrían usarse para eliminar el exceso de resina del material terminado. Como paso final, las celosías pasan por pirólisis, en el que se calientan a 900 grados Celsius al vacío durante una hora. Según Bauer, el resultado final es una red en forma de cubo de carbono vítreo que tiene la resistencia más alta que los científicos jamás pensaron posible para un material tan poroso.

Bauer dijo que otro objetivo y logro del estudio era explotar los efectos mecánicos innatos de las sustancias base. "Cuando se toma cualquier pieza de material y se reduce drásticamente su tamaño a 100 nanómetros, se acerca a un cristal teórico sin poros ni grietas. Reducir estos defectos aumenta la fuerza general del sistema, " él dijo.

"Nadie ha hecho estas estructuras independientes de la escala antes, "agregó Valdevit, quien dirige el Instituto de Diseño e Innovación en Fabricación de la UCI. "Fuimos el primer grupo en validar experimentalmente que podían funcionar tan bien como se predijo y al mismo tiempo demostrar un material arquitectónico de resistencia mecánica sin precedentes".

Las nano-redes son muy prometedoras para los ingenieros estructurales, particularmente en la industria aeroespacial, porque se espera que su combinación de fuerza y ​​baja densidad de masa mejore en gran medida el rendimiento de las aeronaves y las naves espaciales.

Otros coautores del estudio fueron Anna Guell Izard, un estudiante graduado de la UCI en ingeniería mecánica y aeroespacial, e investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara y la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg en Alemania. El proyecto fue financiado por la Oficina de Investigación Naval y la Fundación de Investigación Alemana.