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Nuevos materiales arquitectónicos inteligentes, ligeros e impresos en 3D

Un material arquitectónico inteligente, liviano e impreso en 3D creado por un equipo internacional de ingenieros inspirado en las formas celulares de los materiales naturales.

Crédito de la imagen: Universidad de Glasgow.

ingenieros de Universidad de Glasgow Dirigió el equipo, que combinó plásticos sintéticos estándar y nanotubos de carbono para producir un material que es más fuerte, más fuerte y más inteligente que los materiales convencionales similares.

Los nanotubos también permiten que el plástico transmita una carga eléctrica a través de su estructura, lo que de otro modo sería imposible. La resistencia eléctrica de una estructura varía ya que está sujeta a esfuerzos mecánicos. Esta propiedad, llamada resistencia a la compresión, permite que el material «sienta» su integridad estructural.

Los científicos han podido construir una variedad de patrones complejos con una arquitectura porosa de tamaño mediano utilizando modernas técnicas de impresión 3D que permiten un nivel significativo de control sobre el diseño de las estructuras impresas, lo que ayuda a reducir el peso total y mejorar el rendimiento mecánico.

Los diseños celulares del equipo están inspirados en materiales naturales porosos como el panal, la esponja y el hueso, que son ligeros pero resistentes.

Los investigadores esperan que sus materiales celulares encuentren nuevos usos en medicina, prótesis, diseño automotriz y aeroespacial, ya que los materiales de baja densidad, robustos y autosensibles tienen una gran demanda.

El estudio fue publicado en la revista materiales de ingenieria avanzada Como una de las primeras publicaciones de opinión en línea.

Los investigadores detallan cómo utilizaron su material personalizado, que consiste en un copolímero aleatorio de polipropileno más nanotubos de carbono de paredes múltiples, para explorar la absorción de energía y las propiedades de autodetección de tres nanogeometrías distintas que han impreso.

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Los científicos descubrieron que uno de los tres diseños examinados tenía la mejor combinación de rendimiento mecánico y capacidades de detección intrínsecas: una «placa de rejilla» en forma de cubo con láminas planas apretadas.

Cuando se somete a una presión monótona, la estructura reticular tiene una capacidad de absorción de energía similar a la de las espumas de níquel de la misma densidad relativa. También ha superado a una variedad de otros materiales tradicionales de densidad similar.

El estudio fue dirigido por el profesor Vikram Deshpande de la Universidad de Cambridge y el profesor Brian Wardle del Instituto de Tecnología de Massachusetts, y fue supervisado por el Dr. Shanmugam Kumar de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow.

La naturaleza tiene mucho que enseñar a los ingenieros sobre cómo equilibrar las propiedades y la estructura para crear materiales ligeros y de alto rendimiento. Nos hemos inspirado en estas formas para desarrollar nuestros nuevos materiales celulares, que ofrecen ventajas únicas sobre sus contrapartes convencionales y se pueden ajustar con precisión para manipular sus propiedades físicas..

Dr.. Shanmugam Kumar, Escuela de Ingeniería James Watt, Universidad de Glasgow

El Dr. Kumar dijo: “Nuestro copolímero aleatorio de polipropileno seleccionado proporciona una procesabilidad mejorada, una mejor resistencia a la temperatura, una mejor consistencia del producto y una mejor resistencia al impacto. Los nanotubos de carbono ayudan a hacerlos mecánicamente fuertes al mismo tiempo que imparten conductividad eléctrica. Podemos elegir el rango de porosidad en el diseño y diseñar la porosidad para mejorar las propiedades mecánicas del bloque.. «

«Estos materiales livianos, más resistentes y autosensibles tienen un gran potencial para aplicaciones prácticas. Podría ayudar a fabricar carrocerías de automóviles más livianas y eficientes, por ejemplo, o soportes traseros para personas con problemas como la escoliosis que pueden detectar cuándo sus cuerpos no reciben un soporte óptimo. Incluso se puede utilizar para crear nuevas formas de electrodos de ingeniería para baterías.concluyó el Dr. Kumar.

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La Universidad de Glasgow y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas proporcionaron fondos para el estudio.

Referencia de la revista:

Jaber Obeid, c. y otros. (2022) Habilitación de la multifuncionalidad de las redes de autodetección de nanoingeniería a través de la fabricación aditiva. Materiales de ingeniería avanzada. doi.org/10.1002/adem.202200194.

fuente: https://www.gla.ac.uk/