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» » » La estructura en red más pequeña del mundo

Referencia: Phys.org , 3 de febrero 2016
“Smallest lattice structure worldwide”
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Una red 3D con puntales y tiradores de carbón vítreo de menos de 200 nanómetros de diámetro con una fortaleza específica mayor que la mayoría de los sólidos.

La red más pequeña del mundo es visible sólo bajo el microscopio. Los puntales y tiradores son de 0,2 micras (µm) de diámetro. El tamaño total de la red es de aproximadamente 10 µm. Crédito: J. Bauer / KIT
Los científicos KIT han presentado la estructura en red más pequeña elaborada por el hombre en el journal Nature Materials. Sus puntales y tiradores están hechos de carbono vítreo con menos de 1 µm de largo y 200 nm. de diámetro. Son los metamateriales comparablemente más pequeños por un factor de 5. Tan pequeña dimensión da lugar a proporciones hasta ahora no alcanzados entre fuerza y densidad. Hacen posible aplicaciones como electrodos, filtros o componentes ópticos.

"Los materiales de construcción ligera, como los huesos y la madera, se encuentran por todas partes en la naturaleza", explica el Dr. Jens Bauer del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), primer autor del estudio. "Tienen una alta capacidad de carga y un peso pequeño, por tanto, sirven como modelos para metamateriales mecánicos para aplicaciones técnicas."

Los metamateriales son materiales con estructuras previstas a escala micrométrica, fabricados específicamente para poseer propiedades mecánicas u ópticas que no pueden ser alcanzados por los sólidos no estructurados. Ejemplos de ello son las capas de invisibilidad que guían la luz, el sonido o calor alrededor de los objetos, son materiales que, contraintuitivamente, reaccionan a la presión y la fuerza (materiales augéticas) o nanomateriales ligeros de alta estabilidad específica (fuerza por unidad de superficie y densidad).

La estructura reticular estable más pequeña fue producida gracias a la tecnología de litografía láser 3D ya existente. La deseada estructura a escala micrométrica se endurece en una resina fotosensible por rayos láser y controlada por ordenador. Sin embargo, la resolución de este proceso está limitada a unas cinco a diez µm de longitud y una de diámetro. En una etapa posterior, la estructura se encogió y vitrificó por pirólisis. Esto representa la primera vez que la pirólisis se ha utilizado para la fabricación de redes microestructuradas. El objeto se expone a temperaturas de unos 900 °C en un horno de vacío. Esto hace que los enlaces químicos se reorienten a sí mismos. Excepto el carbono, todos los elementos oponen resistencia. El carbono desordenado se mantiene en la estructura reticular encogido en forma de carbón vítreo. Las estructuras resultantes fueron testeadas para una estabilidad bajo presión.

"De acuerdo a estos resultados, la capacidad de carga de la red está muy cerca del límite teórico y muy por encima de la de carbón vítreo no estructurado. El diamante es el único sólido que tiene una estabilidad específica más alta", decía el profesor Oliver Kraft, coautor del estudio. Hasta finales del año pasado, Kraft dirigió el Institute for Applied Materials de KIT. Este año, se hizo cargo del vicerrectorado de Investigación en KIT .

Los materiales microestructurados se utilizan a menudo para el aislamiento o la absorción de choque. Estos materiales de poros abiertos se pueden usar como filtros en la industria química. Los metamateriales también tienen propiedades ópticas extraordinarias que se aplican en las telecomunicaciones. El carbón vítreo es un material de alta tecnología hecho de carbono puro. Combina las propiedades vítreas y cerámicas con propiedades de grafito, y resulta de interés para su uso en electrodos de baterías o sistemas de electrólisis.

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-Publicación: J. Bauer et al. Approaching theoretical strength in glassy carbon nanolattices, Nature Materials (2016). DOI: 10.1038/nmat4561 .
-Fuente: Karlsruhe Institute of Technology.

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