TECNOLOGÍA. Descubren nuevo material para armaduras ligeras que supera al kevlar

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Los científicos han utilizado nanotubos de carbono como base para un nuevo material que podría usarse en armaduras ligeras

El peso es a menudo una consideración clave para los científicos que traspasan los límites de los materiales a prueba de balas, imaginando una armadura que mantiene seguro al usuario y al mismo tiempo mejora su movilidad. 

Ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison ahora han forjado un nuevo tipo de material de armadura ultraligero descrito como una "estera de nanofibras", que presenta una química única que le permite superar al Kevlar y al acero.

La base de esta nueva forma de armadura son pequeños cilindros de carbono con el grosor de un solo átomo. Llamados nanotubos de carbono, se han mostrado prometedores como materiales de próxima generación para todo, desde la investigación de transistores hasta el tratamiento de la pérdida de visión y los dispositivos de detección de bombas.

Al adaptar los nanotubos de carbono para su uso en materiales de blindaje, los autores de este nuevo estudio tomaron versiones de ellos con paredes múltiples y las combinaron con nanofibras de Kevlar. La idea era basarse en investigaciones anteriores que demostraban el potencial de estos materiales para absorber impactos, para ver si podían convertirse en una solución de armadura aún más funcional.

“Los materiales nanofibrosos son muy atractivos para las aplicaciones de protección porque las fibras a nanoescala tienen una resistencia, dureza y rigidez sobresalientes en comparación con las fibras a macroescala”, dijo Ramathasan Thevamaran, quien dirigió la investigación. “Las esteras de nanotubos de carbono han mostrado la mejor absorción de energía hasta el momento y queríamos ver si podíamos mejorar aún más su rendimiento”.

Para hacerlo, los científicos jugaron con la química hasta que dieron con la receta ganadora. Sintetizaron nanofibras de Kevlar e incorporaron solo una pequeña cantidad de ellas en "esteras" formadas por nanotubos de carbono, con la proporción justa de ambos, lo que condujo a la producción de enlaces de hidrógeno entre las fibras. El resultado de estos bonos fue un salto espectacular en el rendimiento.

“El enlace de hidrógeno es un enlace dinámico, lo que significa que puede romperse y volver a formarse continuamente, lo que le permite disipar una gran cantidad de energía a través de este proceso dinámico”, dijo Thevamaran. “Además, los enlaces de hidrógeno proporcionan más rigidez a esa interacción, lo que fortalece y endurece la estera de nanofibras. Cuando modificamos las interacciones interfaciales en nuestras esteras agregando nanofibras de Kevlar, pudimos lograr una mejora de casi el 100 por ciento en el rendimiento de disipación de energía a ciertas velocidades de impacto supersónico”.

El equipo puso a prueba el material utilizando un sistema de prueba de impacto de microproyectiles, en el que se utilizan láseres para lanzar microbalas en muestras de material a diferentes velocidades.

Este sistema está diseñado de tal manera que es posible tomar una sola bala bajo un microscopio y dispararla contra el objetivo de una manera muy controlada, con una velocidad que puede variar desde 100 metros (330 pies) por segundo hasta más de 1 kilómetro (0,62 millas) por segundo. Esto permitió realizar experimentos en una escala de tiempo en la que los investigadores pudieron observar la respuesta del material, a medida que ocurren las interacciones del enlace de hidrógeno.

Estos experimentos demostraron que el nuevo material protegía contra impactos de alta velocidad mejor que el tejido Kevlar y las placas de acero. Esto proporciona la base para materiales de armadura ultraligeros de alto rendimiento, y no solo en chalecos antibalas. Según los investigadores, el material tiene el potencial de permitir que las naves espaciales absorban los impactos de los desechos espaciales de alta velocidad.

Fuente: Revista ACS Nano .

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