“Madera metálica”: densa como el agua, pero fuerte como el titanio

Una muestra microscópica de la "madera metálica". Su estructura porosa es responsable de su alta relación fuerza-peso, y la hace más parecida a los materiales naturales, como la madera. 
Universidad de Pennsylvania

La naturaleza y las propiedades de un material dependen de cómo están organizados sus átomos. Si pudieses organizarlos, podrías construir uno con una mejor relación fuerza-peso. Esto es exactamente lo que ha conseguido un grupo de investigadores: desarrollar un material tan fuerte como el titanio, pero de cuatro a cinco veces más liviano.

¿Madera metálica?

El equipo, conformado por científicos de la Universidad de Pensilvania, Universidad de Illinois y Universidad de Cambridge, ha creado una lámina de níquel construida a nanoescala, compuesta por poros que la asemejan a la madera, de allí el nombre de “madera metálica”. Los resultados fueron publicados en Nature Scientific Reports.

En la madera existen partes gruesas que sostienen la estructura y otras porosas que cumplen algunas funciones biológicas. El invento posee la misma naturaleza celular: “Tenemos áreas que son gruesas y densas con puntales de metal fuertes, y áreas que son porosas con espacios de aire”, explica James Pikul, director del estudio y profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de Penn Engineering.

Pikul, junto a Bill King, Paul Braun y Vikram Deshpande han estudiado la disposición atómica desde un enfoque arquitectónico, con la finalidad de mejorar los metales potenciando su fuerza. Tal es así que los puntales de la “madera metálica” miden aproximadamente 10 nanómetros de ancho; es decir, 100 átomos de níquel, lo cual le daría mayor resistencia, sin dejar de ser ligera.

La utilidad de la "madera metálica" radica en que con ella se podrían construir grandes estructuras, las cuales no pueden ser concebidas con una impresora 3D u otros materiales fuertes pero pequeños. "Podemos hacer muestras de madera metálica que son 400 veces más grandes", afirma Pikul.

¿Cómo se logra esto?

Su secreto está en el uso de pequeñas esferas de plástico suspendidas en el agua.


Las esferas de plástico dentro del proceso de fabricación de la madera metálica./Universidad de Pennsylvania

Cuando dicha agua se evapora, las esferas comienzan a apilarse de manera ordenada. Entonces, mediante la galvanoplastia (técnica que consiste en cubrir un objeto con capas metálicas mediante electricidad) se agrega una capa de plástico con níquel. Al estar este en su sitio, se aplica un disolvente para desaparecer las esferas de plástico, dejando una red de puntales metálicos y espacios vacíos.

Estos espacios vacíos en la lámina corresponden a casi 70% de todo el material, por ello su densidad es extremadamente baja en comparación a su resistencia: denso como el agua, fuerte como el níquel. ¿Podría un ladrillo de este material flotar en el agua? Casi seguro de que sí.


Lámina metálica de madera sobre soporte de plástico./Universidad de Pennsylvania

Objetivos a futuro

El nuevo desafío para el grupo de investigadores es producir objetos grandes que puedan ser comercializados. Sin embargo, actualmente no se cuenta con  la infraestructura adecuada para trabajar con estos materiales a nanoescala.

Todavía siguen trabajando en la "madera metálica" y cómo otros metales pueden incluirse en los poros. Ellos creen que pueden existir defectos que limitan la resistencia general; por ello, "necesitamos comprender mejor cómo los defectos en los puntales de la madera metálica influyen en sus propiedades generales", concluye Pikul.

El estudio de materiales puede revolucionar de manera impensable la tecnología del futuro. Hace unos meses una nueva forma de carbono ultrafuerte y ligera que además es elástica y eléctricamente conductiva, con potenciales aplicaciones en la ingeniería aeroespacial y el desarrollo de armaduras militares.


Adrian Díaz
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, tecnología que suma

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