La ciencia descubre el revolucionario material que jubila al acero
Es un novedoso vidrio -has leído bien- cinco veces más ligero y cuatro veces más fuerte que su antecesor. Lo han descubierto en la Universidad de Connecticut.
Los materiales que son fuertes y livianos pueden mejorarlo todo, desde los coches hasta chalecos antibalas. Pero, por lo general, estas dos cualidades son mutuamente excluyentes, no se encuentra un elemento que las contenga a la vez. Hasta ahora: un grupo de investigadores de la Universidad de Connecticut (Estados Unidos) ha desarrollado un material que califica de "extraordinariamente fuerte y liviano", utilizando dos bloques de construcción poco comunes: ADN y vidrio.
Se trata de un novedoso vidrio cinco veces más ligero y cuatro veces más fuerte que el acero, que es ahora mismo el material estrella, por ejemplo, en la construcción. Por tanto, estamos ante una verdadera revolución que ya la quisiera Iron Man. "Para la densidad dada, nuestro material es el más fuerte conocido", dice en la web del citado campus Seok-Woo Lee, uno de los expertos en materiales que ha dado con este hallazgo. Todos los detalles de sus experimentos han sido recientemente publicados en Cell Reports Physical Science.
El estudio pone el descubrimiento en contexto: "La fuerza es relativa. El hierro, por ejemplo, puede soportar siete toneladas de presión por centímetro cuadrado. Pero también es muy denso y pesado, con un peso de 7,8 gramos/centímetro cúbico. Otros metales, como el titanio, son más fuertes y livianos que el hierro. Y ciertas aleaciones que combinan múltiples elementos son aún más fuertes", apuntan. Los materiales fuertes y livianos "han permitido la creación de chalecos antibalas livianos, mejores dispositivos médicos y han hecho que los automóviles y aviones sean más seguros y rápidos" y la forma más sencilla de ampliar la autonomía de un vehículo eléctrico, por ejemplo, "no es agrandar la batería, sino hacer que el vehículo sea más ligero sin sacrificar la seguridad y la vida útil".
Sin embargo, las "técnicas metalúrgicas tradicionales" han llegado a un límite en los últimos años y los científicos de materiales han tenido que volverse aún más creativos para desarrollar nuevos materiales livianos de alta resistencia. Eso ha llevado a los especialistas de esta universidad a construir una estructura de ADN y luego recubrirla con vidrio, con lo que han creado un material "muy fuerte con una densidad muy baja".
El vidrio puede parecer una elección "sorprendente", reconocen, ya que se rompe fácilmente. Sin embargo, generalmente se fractura debido a una falla, como una grieta, un rasguño o la falta de átomos en su estructura . "Un centímetro cúbico impecable de vidrio puede soportar 10 toneladas de presión, más de tres veces la presión que implosionó el sumergible Oceangate Titan cerca del Titanic el mes pasado". Una comparación que deja con la boca abierta.
Es muy difícil crear una gran pieza de vidrio sin fallas, pero los investigadores sabían cómo hacer piezas impecables muy pequeñas y en eso se apoyaron. Siempre que el vidrio tenga menos de un micrómetro de espesor, casi siempre es impecable. Y dado que la densidad del vidrio es mucho más baja que la de los metales y la cerámica, cualquier estructura hecha de vidrio de tamaño muy pequeño impecable "debe ser fuerte y liviana", indica la universidad. Así, el equipo creó una estructura de ADN sintético y se unió al vidrio, aunque fuera a nanoescala. Y funcionaba.
Oleg Gang y Aaron Mickelson, científicos de nanomateriales de la Universidad de Columbia y del Centro de Nanomateriales Funcionales de Brookhaven, recubrieron el ADN con una capa muy delgada de material similar al vidrio de solo unos cientos de átomos de espesor. El vidrio solo cubrió las hebras de ADN, dejando una gran parte del volumen material como espacio vacío, muy parecido a las habitaciones dentro de una casa o edificio. El esqueleto de ADN reforzaba la fina e impecable capa de vidrio, lo que hacía que el material fuera muy resistente, y los vacíos que constituían la mayor parte del volumen del material lo hacían ligero. "Como resultado, las estructuras de nanorrejilla de vidrio tienen una resistencia cuatro veces mayor pero una densidad cinco veces menor que el acero. Esta combinación inusual de ligereza y alta resistencia nunca se había logrado antes", ahonda.
"La capacidad de crear nanomateriales de estructura 3D diseñados utilizando ADN y mineralizarlos abre enormes oportunidades para la ingeniería de propiedades mecánicas. Pero aún se necesita mucho trabajo de investigación antes de que podamos emplearlo como tecnología", afirma Gang a la publicación de Connecticut.
