Los materiales de aerogel desempeñan un papel vital como materiales de protección necesarios para muchos campos, incluso como material de protección contra interferencias electromagnéticas para la tecnología 5G, material de aislamiento térmico en edificios de gran altura y material de sigilo infrarrojo para aplicaciones militares. Sin embargo, los materiales protectores actuales a menudo pierden sus funciones protectoras en condiciones adversas, como temperaturas extremas, lo que los vuelve ineficaces. Otros materiales de protección pierden su elasticidad, lo que genera problemas de rendimiento similares. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Sichuan ha desarrollado nuevos materiales de aerogel que pueden mantener su funcionalidad y superelasticidad bajo temperaturas extremas.

Los resultados fueron publicados en Nano Research .

"Nuestro objetivo era resolver el problema de que el rendimiento de los materiales de aerogel de protección convencionales se deteriora gravemente en condiciones de trabajo duras", dijo el autor correspondiente Hai-Bo Zhao, profesor de la Facultad de Química de la Universidad de Sichuan.

Antes de los desarrollos del equipo de Zhao, los materiales de espuma a base de polímeros se usaban comúnmente como materiales de protección. Estos materiales exhibieron las características positivas de superelasticidad y alta compresibilidad, pero no pudieron mantener estas propiedades después de las temperaturas de fusión de los polímeros. Otro material de uso común fueron las espumas metálicas y cerámicas, que eran estables a lo largo de los rangos de temperatura de una manera que sus contrapartes de espuma a base de polímeros no lo eran, pero no tenían la elasticidad necesaria para ser prácticas.

Un enfoque que se acercó más a una solución escalable implicó el uso de aerogeles de carbono, que tienen características que se prestan bien al aislamiento térmico y la interferencia electromagnética, como un área de superficie específica alta, baja densidad, buena conductividad eléctrica y estabilidad química y térmica. Sin embargo, los aerogeles de carbono tienen limitaciones debido a ciertas propiedades inherentes. Los nanotubos de carbono se convirtieron en una forma popular de construir aerogeles de carbono superelásticos, ya que podían mantener las propiedades necesarias a altas temperaturas, pero debido a que la preparación requería tantos pasos, los métodos no eran escalables.

Al centrarse en el diseño de la microestructura, el equipo de Zhao pudo desarrollar un aerogel polimérico con superelasticidad que funcionaba en un rango de temperatura de -196 a 500 °C con un proceso escalable y práctico.

"A diferencia de la mayoría de los aerogeles de carbono informados anteriormente que generalmente poseen malas propiedades mecánicas, los materiales de aerogel preparados exhiben una superelasticidad invariable con la temperatura mientras mantienen un rendimiento protector multifuncional", dijo Zhao, quien también está afiliado al Laboratorio Nacional de Ingeniería para Materiales Poliméricos Ecológicos en Sichuan. y con el Centro de Innovación Colaborativa para Materiales Poliméricos Ecológicos y de Seguridad Contra Incendios.

El método de Zhao utiliza nanotubos de carbono de paredes múltiples compuestos de aerogel de carbono/carbono orientados bidireccionalmente, en otras palabras, una combinación que permite combinar los rasgos positivos de los aerogeles de carbono con los rasgos positivos de los nanotubos de carbono, con un esqueleto de carbono altamente ordenado, uno de los diferenciadores clave entre este nuevo método y los métodos anteriores. Su método escalable para lograr las microestructuras deseadas (específicamente, estructuras de arco altamente orientadas) implica un proceso bidireccional de congelación y carbonización para desarrollar los aerogeles de carbono/carbono.

"Los materiales de aerogel informados mantienen la superelasticidad, la alta eficacia de protección contra interferencias electromagnéticas, el aislamiento térmico y el sigilo infrarrojo en un amplio rango de temperatura de -196 a 500 °C y después de la compresión cíclica cientos de veces", dijo Zhao. "El aspecto más interesante es el proceso de preparación sencillo y económico, que sentó las bases de la posible aplicación práctica del material".

Zhao dijo que el próximo paso es hacer que los aerogeles estén disponibles para su uso en contextos comerciales, militares y otros.

"Nos gustaría promover la industrialización del aerogel informado y promover la aplicación en tecnología 5G, edificios de gran altura, uso militar y más", dijo. + Explora más

Un aerogel cerámico elaborado con nanocristales e incrustado en una matriz para su uso en aplicaciones de aislamiento térmico