Un estudio muestra que el grafeno supera al acero y al kevlar: Nuevos usos para este super material
Los estudios sobre el material ultraligero del grafeno demuestran que es un material ideal para chalecos antibalas o armaduras, superando al acero y al Kevlar. Las pruebas realizadas por la Universidad de Rice y la Universidad de Massachusetts-Amherst dan razones para creer que los usos del grafeno son de mayor alcance de lo que se suponía anteriormente.
Según un informe de Engadget, los equipos probaron las láminas del material disparando balas de vidrio de tamaño micrónico a 6.700 mph, una velocidad aproximadamente tres veces más rápida que una bala M16, en capas de grafeno. Las pruebas demostraron que el grafeno era capaz de absorber mejor el impacto de las balas en comparación con otros materiales, deformándose en forma de cono antes de agrietarse.
Mientras que las pruebas balísticas mostraron que el grafeno respondía bien al impacto, los científicos todavía ven algunos problemas debido a su naturaleza frágil, lo que dificulta la formación de un material sólido. La solución, dicen los científicos, sería crear un compuesto que combine grafeno con algo que mejore la estructura.
De acuerdo con un reporte del Utah People’s Post, además de mejorar la armadura y los chalecos antibalas, las pruebas mostraron que el material también podría tener aplicaciones cuando se trata de baterías y celdas de combustible porque es permeable a los protones. La permeabilidad de protones podría mejorar las celdas de combustible de hidrógeno porque puede reducir el riesgo de fuga de combustible.
Las propiedades del grafeno siempre han parecido algo milagrosas. Además de las altas conductividades eléctricas y térmicas debidas a la red atómica, el grafeno es increíblemente fuerte. Una capa de carbono de un solo átomo de espesor que es de alguna manera el material más fuerte del mundo. Si la película de plástico tiene la misma resistencia que el grafeno (y tenía un grosor de unos 100 micrómetros), se necesitarían 20.000 N de fuerza aplicada sobre un área del tamaño de una punta de lápiz para romperla.
Parte de esta extraordinaria resistencia proviene de la fuerza de la unión carbono-carbono, pero también de cómo se determinan típicamente las resistencias de los materiales. Un material es tan fuerte como sus eslabones más débiles: las impurezas o defectos en el material son típicamente el factor que determina su resistencia general. Sin embargo, dado que las capas de grafeno son de un solo átomo de espesor, no hay suficiente espacio para que las impurezas o los defectos debiliten el material; rasgarlo o perforar un agujero en el grafeno requiere poner suficiente energía para romper todos los enlaces covalentes carbono-carbono relevantes, razón por la cual el grafeno es tan fuerte para su tamaño.
También te puede interesar :
¿Que es la Nanotecnología?
Dado que el grafeno no pesa casi nada, y tiene esta extraordinaria fuerza y flexibilidad, la gente ha considerado naturalmente la posibilidad de utilizarlo como chaleco antibalas – o al menos para aumentar el chaleco antibalas existente. Los primeros exámenes de grafeno se centraron en su resistencia a la tracción – el hecho de que puede ser tirado con una fuerza tremenda antes de romperse lo hace útil para todo tipo de proyectos de ingeniería, desde el transporte hasta el uso en un ascensor espacial. Sin embargo, su capacidad de resistencia al impacto sería clave para cualquier uso en armaduras corporales.
¿El grafeno es a prueba de balas? Una sola capa de grafeno sería destruida por un impacto de bala. Por esta razón, ha resultado difícil determinar con precisión cómo responde el grafeno a los impactos de proyectiles – todas estas pruebas son, por su naturaleza, destructivas. Pero los científicos han superado esto con una configuración experimental única – y sus resultados son alentadores para la idea de que el grafeno, en combinación con otros materiales, podría algún día ser utilizado como armadura corporal ligera.
El experimento, realizado por Jae-Hwang Lee en la Universidad de Massachusetts-Amherst, utilizó filamentos de oro fundido para propulsar explosivamente una bala de vidrio a escala micrométrica hacia varias capas de grafeno. Los experimentadores pudieron presenciar la deformación del grafeno cuando la bala impactó en las capas. Descubrieron que la capa se deformaba hacia el interior en forma cónica al ser golpeada por microbalas que viajaban a tres kilómetros por segundo -muy superior a la velocidad de una bala de un rifle M16 (aunque las microbalas son mucho más pequeñas.) Después de esto, el material se agrieta radialmente hacia el exterior y finalmente se desintegra. Investigadores de la Universidad de Rice encontraron que 300 capas de grafeno -que, después de todo, tiene un grosor máximo de 100 nm- eran capaces de detener por completo tales microbalas.
También te puede interesar :
Un nanofenómeno que desencadena el proceso de AUTO reparación ósea
Sin embargo, la clave para las aplicaciones potenciales del grafeno en el chaleco antibalas fue su capacidad de distribuir la energía cinética rápidamente y a través de una amplia área. La cualidad mortal y penetrante de una bala se debe al hecho de que su energía cinética se transfiere abrumadoramente a un área de impacto muy pequeña; el objetivo de la armadura corporal es distribuir la fuerza a través de una región lo más grande posible. La alta conductividad térmica de la red de grafeno significa que distribuye la energía cinética rápidamente antes de la fragmentación – las ondas sonoras viajan tres veces más rápido a través del grafeno que a través del acero, y esto significa que puede soportar diez veces la energía cinética que puede soportar el acero.
El kevlar funciona de manera similar – en lugar de detener las balas, su objetivo es disipar la energía cinética a través de una amplia región, y ralentizar las balas que logran penetrar en ella por completo. Las capas de grafeno rindieron el doble de bien que el Kevlar, por lo que parece probable que pronto se incorporen a nuevos tipos de armadura corporal, aunque el agrietamiento radial del material significa que no se puede reutilizar después de un impacto inicial. La transferencia eficiente de calor en el grafeno podría utilizarse con fines aeroespaciales; por ejemplo, los aviones y naves espaciales de gran altitud podrían utilizar compuestos con capas de grafeno para transferir de manera eficiente el calor y permitirles volver a entrar en la atmósfera sin sufrir daños.
Sin embargo, como a menudo parece ser el caso, el grafeno podría tener aún más que ofrecer a través de propiedades aún no explicadas. Científicos de la Universidad de la Ciudad de Nueva York han determinado que dos capas de grafeno apiladas juntas pueden volverse tan duras como los diamantes en el impacto debido a las interacciones entre las capas. Este material, llamado diamene, es generalmente flexible como una hoja – pero llega a ser duro cuando se aplican los impactos mecánicos repentinos. El efecto sólo funciona en capas de grafeno (que actualmente están montadas sobre una base de carburo de silicio), pero ilustra que el grafeno puede tener sorpresas que podrían ser útiles como material a prueba de balas.
También te puede interesar :
Nanomateriales
