El Dr. Amir Asadi, profesor asistente en el Departamento de Tecnología de Ingeniería y Distribución Industrial de la Universidad Texas A&M, está logrando avances innovadores en el campo de los materiales compuestos. Su investigación explora la incorporación de nanoestructuras estampadas compuestas de múltiples materiales en compuestos de alto rendimiento para lograr la multifuncionalidad deseada sin sacrificar ninguna otra propiedad. Esto podría conducir a avances en diversos campos, incluidos la electrónica, el almacenamiento de energía, el transporte y los productos de consumo.
El trabajo de Asadi tiene implicaciones importantes, ya que aborda el desafío de mejorar simultáneamente dos propiedades (multifuncionalidad e integridad estructural) en materiales compuestos, que constan de al menos dos materiales con propiedades diferentes. Al incorporar nanoestructuras estampadas, su objetivo es superar el equilibrio que normalmente se observa entre estas propiedades, eliminando la necesidad de sacrificar una para mejorar la otra en los métodos de fabricación actuales. El trabajo está publicado en la revista Advanced Materials .
Explica:"Actualmente, fabricar materiales con funcionalidad y rendimiento estructural maximizados al mismo tiempo se considera paradójico. Por ejemplo, aumentar la conductividad eléctrica a menudo reduce la resistencia o viceversa; aumentar la resistencia generalmente disminuye la tenacidad a la fractura".
Sin embargo, Asadi se inspira en estructuras naturales, como la trompa de elefante, que posee propiedades y funcionalidades aparentemente incompatibles.
"Ya existen estructuras naturales con propiedades consideradas incompatibles en la ingeniería actual, como la trompa de un elefante que es al mismo tiempo rígida y fuerte pero también flexible y delicada para manipular pequeños vegetales y al mismo tiempo tiene funcionalidades de comunicación y detección, todas ellas derivadas de su arquitectura de hidrostatos musculares". /P>
El equipo de investigación utilizó un método único para ajustar la cantidad de agua que un material absorbe o la repele, conocido como grado de anfifilicidad, en múltiples nanomateriales. Utilizando estos materiales, crearon y combinaron patrones específicos llamados patrones de anillos y discos, que gobiernan las propiedades finales de los materiales compuestos.
Para ello, utilizaron un sistema de pulverización preciso con dióxido de carbono (CO2 ) para depositar los patrones en la superficie de las fibras de carbono. Esto les permitió controlar el tamaño de las gotas, los patrones a escala microscópica y las interacciones de los materiales, logrando finalmente las propiedades deseadas. En este estudio, las gotas de agua depositaron los nanomateriales en la superficie de las fibras de carbono mediante el sistema de pulverización.
"Desarrollamos una nueva técnica de pulverización, denominada CO2 supercrítico. Atomización asistida, que aprovecha las propiedades del CO2 supercrítico. y su alta disolución en agua, que puede crear varias gotas pequeñas dentro de una suspensión compuesta de agua y nanomateriales", dijo el Dr. Dorrin Jarrahbashi, coautor del artículo de la revista del grupo, "Multifuncionalidad mediante la incorporación de nanoestructuras estampadas en compuestos de alto rendimiento".
"A diferencia de los enfoques convencionales en los que se integran materiales con propiedades intrínsecas deseadas para agregar funcionalidad, esta investigación introduce el concepto de integración de nanopatrones y muestra que diferentes patrones del mismo material conducirán a diferentes propiedades en compuestos a macroescala", dijo Asadi. "Si el objetivo es mejorar simultáneamente la funcionalidad y las propiedades estructurales, los patrones se pueden combinar y mejorar de forma sinérgica todas las propiedades deseadas".
El enfoque de Asadi tiene varios beneficios. Ofrece un método práctico, escalable y económicamente viable para crear materiales y componentes nanoestructurados con propiedades ajustables. El uso de diversos materiales y el control preciso sobre la arquitectura en múltiples escalas de longitud mejora la versatilidad y el potencial de personalización de los compuestos.
A medida que avance la investigación, el trabajo de Asadi probablemente revolucionará la fabricación de compuestos de alto rendimiento.
El impacto potencial de esta investigación se extiende más allá de la comunidad científica. "La investigación es prometedora para impactar vidas", afirmó Asadi. "La técnica simple pero escalable introducida reducirá el costo final de dispositivos intrincados y complejos y ampliará la fabricación de compuestos nanoestructurados, contribuyendo a la economía y el mercado laboral de EE. UU. Esto podría resultar en dispositivos mejorados, sistemas energéticos más eficientes y productos innovadores que mejoren vida cotidiana."
Más información: Ozge Kaynan et al, Multifuncionalidad mediante la incorporación de nanoestructuras estampadas en compuestos de alto rendimiento, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202300948
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Universidad Texas A&M
