Una microred metálica es un material metálico poroso sintético que consiste en una espuma metálica ultraligera . Con una densidad tan baja como 0,99 mg/cm3 ( 0,00561 lb/ft3 ) , es uno de los materiales estructurales más ligeros conocidos por la ciencia. [1] Fue desarrollado por un equipo de científicos de HRL Laboratories con sede en California , en colaboración con investigadores de la Universidad de California, Irvine y Caltech , y se anunció por primera vez en noviembre de 2011. Las muestras del prototipo se fabricaron a partir de una aleación de níquel - fósforo . [2] En 2012, el prototipo de microred fue declarado una de las 10 innovaciones que cambiaron el mundo por Popular Mechanics . [3] La tecnología de microred metálica tiene numerosas aplicaciones potenciales en la ingeniería automotriz y aeronáutica . [4] Un estudio de revisión comparativa detallado entre otros tipos de estructuras de celosía metálicas mostró que son beneficiosas para fines de aligeramiento, pero costosas de fabricar. [5]
Para producir su microenrejado metálico, el equipo HRL/UCI/Caltech preparó primero una plantilla de polímero utilizando una técnica basada en la formación de guías de ondas autopropagantes , [6] [7] aunque se observó que se pueden utilizar otros métodos para fabricar la plantilla. [8] El proceso hizo pasar luz ultravioleta a través de una máscara perforada hasta un depósito de resina curable por rayos ultravioleta . Se produjo un "autoatrapamiento" de la luz, similar al de la fibra óptica, a medida que la resina se curaba debajo de cada orificio de la máscara, formando una fina fibra de polímero a lo largo del recorrido de la luz. Al utilizar múltiples haces de luz, se pudieron interconectar múltiples fibras para formar un entramado.
El proceso era similar a la fotolitografía en que utilizaba una máscara bidimensional para definir la estructura de la plantilla de partida, pero difería en la velocidad de formación: donde la estereolitografía podía tardar horas en crear una estructura completa, el proceso de guía de ondas autoformada permitía formar plantillas en 10-100 segundos. De esta manera, el proceso permite formar materiales reticulares tridimensionales grandes e independientes de forma rápida y escalable. A continuación, la plantilla se recubría con una fina capa de metal mediante niquelado electrolítico y se grababa, dejando una estructura metálica porosa periódica e independiente . En el informe original se utilizó níquel como metal de microred. Debido al proceso de electrodeposición, el 7 % del material consistía en átomos de fósforo disueltos y no contenía precipitados . [8]
Una microred metálica está compuesta por una red de puntales huecos interconectados. En la muestra de microred menos densa de la que se ha informado, cada puntal tiene unos 100 micrómetros de diámetro, con una pared de 100 nanómetros de espesor. La estructura completa está compuesta en un 99,99 % por aire en volumen [2] y, por convención, la masa del aire se excluye cuando se calcula la densidad de la microred [8] . Si se tiene en cuenta la masa del aire intersticial, la densidad real de la estructura es de aproximadamente 2,1 mg/cm3 ( 2,1 kg/m3 ) , que es solo alrededor de 1,76 veces la densidad del aire mismo a 25 °C. Se dice que el material es 100 veces más ligero que el poliestireno [9] . Las microredes también pueden ser 100 veces más resistentes que los polímeros normales [10] .
Las microredes metálicas se caracterizan por densidades muy bajas, siendo el récord de 2011 de 0,9 mg/cm 3 uno de los valores más bajos de cualquier sólido conocido. El récord anterior de 1,0 mg/cm 3 lo tenían los aerogeles de sílice , y se afirma que el aerografito tiene una densidad de 0,2 mg/cm 3 . [11] Mecánicamente, estas microredes tienen un comportamiento similar a los elastómeros y recuperan casi por completo su forma después de una compresión significativa. [12] Esto les da una ventaja significativa sobre los aerogeles anteriores, que son sustancias frágiles, similares al vidrio. Esta propiedad elastomérica en las microredes metálicas da como resultado además una absorción de impactos eficiente. Su módulo de Young E exhibe una escala diferente, con la densidad ρ, E ~ ρ 2 , en comparación con E ~ ρ 3 en aerogeles y espumas de nanotubos de carbono . [8]
Las microredes metálicas pueden encontrar aplicaciones potenciales en aislantes térmicos y de vibraciones como los amortiguadores , y también pueden resultar útiles como electrodos de batería y soportes de catalizadores. [8] Además, la capacidad de las microredes de volver a su estado original después de ser comprimidas puede hacerlas adecuadas para su uso en dispositivos de almacenamiento de energía tipo resorte. [2] Los fabricantes de automóviles y aeronáuticos [ which? ] están utilizando la tecnología de microredes para desarrollar estructuras extremadamente ligeras y eficientes que combinan múltiples funciones, como el refuerzo estructural y la transferencia de calor, en componentes únicos para vehículos de alto rendimiento. [4]
En 2008 , investigadores de la Universidad de Toronto crearon un material similar pero más denso, que consiste en una capa de níquel nanocristalino electrodepositado sobre una estructura polimérica de prototipo rápido . [13] En 2012, investigadores alemanes crearon una espuma de carbono conocida como aerografito , con una densidad incluso menor que una microred metálica. [14] En 2013, científicos chinos desarrollaron un aerogel a base de carbono que se afirmaba que era aún más ligero. [1]
Las nanoredes, como las nanoestructuras basadas en tubos, son estructuras similares en una escala más pequeña.
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