Primera Parte
Segunda Parte
El Grafeno es Mejor que los Nanotubos de Carbono Para Hacer Materiales Resistentes a las Fisuras
Una línea de investigación desarrollada en el Instituto Politécnico Rensselaer demuestra que el grafeno supera a los nanotubos de carbono y a otras nanopartículas a la hora de reforzar la resistencia y diversas cualidades mecánicas de los compuestos epoxídicos. Los hallazgos hechos hasta ahora hacen pensar que el grafeno debería ser el nanomaterial a escoger para fortalecer los materiales compuestos usados en todo tipo de cosas, desde las turbinas eólicas a las alas de los aviones.
Según los estudios sobre el tema realizados en el citado instituto, los compuestos con grafeno agregado son más fuertes, más rígidos y menos propensos a fallar que los compuestos con nanotubos de carbono u otras nanopartículas agregadas. Esto significa que el grafeno, una hoja de carbono de un átomo de espesor, podría ser un componente importante en el desarrollo de los nanomateriales compuestos de la próxima generación.
Los materiales compuestos avanzados son cada vez más un componente clave en el diseño de las nuevas aspas para turbinas eólicas, aviones y otras aplicaciones que requieren de materiales extremadamente ligeros y de muy alta resistencia. Los materiales compuestos con productos epoxídicos son de peso sumamente ligero pero pueden resultar quebradizos y proclives a sufrir fracturas.
El equipo de Nikhil A. Koratkar ha agregado plaquetas de grafeno a materiales compuestos avanzados. Cada plaqueta es de sólo unos nanómetros de espesor. El equipo de investigación también añadió nanotubos de carbono a materiales compuestos epoxídicos.
Los materiales epoxídicos con grafeno incorporado presentaron un comportamiento muy superior. Agregando grafeno hasta que éste constituía un 0,1 por ciento del peso del compuesto, se logró incrementar la resistencia y la rigidez del material en el mismo grado en que se consiguió al agregar nanotubos de carbono hasta que éste llegaba al 1 por ciento del peso del compuesto. Esta ganancia, de un orden de magnitud, resalta lo muy prometedor que es el grafeno.
En las pruebas, los rellenos a base de grafeno también aumentaron en casi dos órdenes de magnitud la resistencia del compuesto a la propagación de la fisuras causadas por la fatiga estructural, en comparación con la resistencia del material epoxídico no enriquecido.
Aunque el grafeno y los nanotubos de carbono son casi idénticos en su composición química y sus propiedades mecánicas, el primero es mucho mejor que los nanotubos de carbono a la hora de otorgar sus cualidades al material con el que es mezclado.
Tres nuevos estudios de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer ilustran por qué el grafeno debe ser el nanomaterial elegido para reforzar materiales compuestos utilizados en todo, desde turbinas de viento para las alas de aviones. Compuestos impregnados de grafeno son más fuertes, más rígidos y menos propensos a fallos que los compuestos con los nanotubos de carbono o nanopartículas, de acuerdo con los estudios. Esto significa que el grafeno, una lámina de un átomo de espesor de átomos de carbono dispuestos como una nanoescala cerca de alambre, podría ser un factor clave en el desarrollo de materiales nanocompuestos de próxima generación. "He estado trabajando en nanocompuestos durante 10 años, y el grafeno es el mejor que he visto en cuanto a propiedades mecánicas ", dijo Nikhil Koratkar, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial, e Ingeniería Nuclear de Rensselaer, que dirigió el estudio. "El grafeno es muy superior a los nanotubos de carbono o cualquier nanorelleno conocido en la transferencia de su excepcional fuerza y las propiedades mecánicas de un material de acogida." Los resultados de estudios de Koratkar se detallan en tres trabajos publicados recientemente: "Fractura y fatiga en los nanocompuestos de grafeno", "Propiedades mecánicas de los nanocompuestos", y "pandeo nanocompuestos de grafeno resistente", publicado en la revista Applied Physics Letters. Estos avanzados compuestos son cada vez más un componente clave en el diseño de palas de aerogeneradores, aviones, y otras aplicaciones que requieran materiales de alta resistencia. Materiales compuestos como el epoxi son extremadamente ligeros, pero pueden ser frágiles y propensos a fracturas. El equipo de Koratkar ha infundido el compuesto avanzado con pilas, o de las plaquetas, de grafeno. Cada pila es sólo unos pocos nanómetros de espesor. El equipo de investigación también infunde compuestos de epoxy con nanotubos de carbono. materiales como el epoxi infundido con grafeno exhibió un rendimiento muy superior. De hecho, la adición de grafeno igual a 0,1 por ciento del peso del compuesto aumentó la fuerza y la rigidez del material en la misma medida como la adición de los nanotubos de carbono igual a 1 por ciento del peso del compuesto. Esta ganancia, en la medida de un orden de magnitud, destaca la promesa de grafeno, dijo Koratkar. Los rellenos de grafeno también impulsó la resistencia de los compuestos de la propagación de fisuras por fatiga en casi dos órdenes de magnitud, en comparación con el material epóxico de referencia. Aunque los nanotubos de grafeno y el carbono son casi idénticos en su composición química y propiedades mecánicas, el grafeno es mucho mejor que los nanotubos de carbono. "Los nanotubos son increíblemente fuertes, pero son de poca utilidad mecánica si no se transfieren sus propiedades a la composición", dijo Koratkar. "Una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil, y si ese vínculo es entre los nanotubos y el polímero, entonces eso es lo que determina las propiedades mecánicas en general. No importa si los nanotubos son súper fuertes y súper rígida, si el interfaz con el polímero es débil. " , dijo Koratkar el grafeno tiene tres ventajas sobre los nanotubos de carbono. La primera ventaja es la textura de la superficie áspera y arrugada de grafeno, causada por una muy alta densidad de defectos en la superficie. Estos defectos son el resultado del proceso de exfoliación térmica que el equipo de investigación de Rensselaer utilizan para la fabricación de grandes cantidades de grafeno del grafito. Koratkar dijo que la industria aeroespacial y de energía eólica están buscando nuevos materiales con mejor diseño, fuertes, y de larga vida. Su grupo de investigadores se propone estudiar más a fondo cómo el grafeno puede beneficiar a este objetivo. El grafeno muestra una gran promesa para este, ya que puede producirse a partir de grafito, que está disponible en grandes cantidades ya un coste relativamente bajo, dijo, lo que significa que la producción en masa de grafeno es probable que sea mucho más rentable que los nanotubos.
Una línea de investigación desarrollada en el Instituto Politécnico Rensselaer demuestra que el grafeno supera a los nanotubos de carbono y a otras nanopartículas a la hora de reforzar la resistencia y diversas cualidades mecánicas de los compuestos epoxídicos. Los hallazgos hechos hasta ahora hacen pensar que el grafeno debería ser el nanomaterial a escoger para fortalecer los materiales compuestos usados en todo tipo de cosas, desde las turbinas eólicas a las alas de los aviones.
Según los estudios sobre el tema realizados en el citado instituto, los compuestos con grafeno agregado son más fuertes, más rígidos y menos propensos a fallar que los compuestos con nanotubos de carbono u otras nanopartículas agregadas. Esto significa que el grafeno, una hoja de carbono de un átomo de espesor, podría ser un componente importante en el desarrollo de los nanomateriales compuestos de la próxima generación.
Los materiales compuestos avanzados son cada vez más un componente clave en el diseño de las nuevas aspas para turbinas eólicas, aviones y otras aplicaciones que requieren de materiales extremadamente ligeros y de muy alta resistencia. Los materiales compuestos con productos epoxídicos son de peso sumamente ligero pero pueden resultar quebradizos y proclives a sufrir fracturas.
El equipo de Nikhil A. Koratkar ha agregado plaquetas de grafeno a materiales compuestos avanzados. Cada plaqueta es de sólo unos nanómetros de espesor. El equipo de investigación también añadió nanotubos de carbono a materiales compuestos epoxídicos.
Los materiales epoxídicos con grafeno incorporado presentaron un comportamiento muy superior. Agregando grafeno hasta que éste constituía un 0,1 por ciento del peso del compuesto, se logró incrementar la resistencia y la rigidez del material en el mismo grado en que se consiguió al agregar nanotubos de carbono hasta que éste llegaba al 1 por ciento del peso del compuesto. Esta ganancia, de un orden de magnitud, resalta lo muy prometedor que es el grafeno.
En las pruebas, los rellenos a base de grafeno también aumentaron en casi dos órdenes de magnitud la resistencia del compuesto a la propagación de la fisuras causadas por la fatiga estructural, en comparación con la resistencia del material epoxídico no enriquecido.
Aunque el grafeno y los nanotubos de carbono son casi idénticos en su composición química y sus propiedades mecánicas, el primero es mucho mejor que los nanotubos de carbono a la hora de otorgar sus cualidades al material con el que es mezclado.
Tres nuevos estudios de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer ilustran por qué el grafeno debe ser el nanomaterial elegido para reforzar materiales compuestos utilizados en todo, desde turbinas de viento para las alas de aviones. Compuestos impregnados de grafeno son más fuertes, más rígidos y menos propensos a fallos que los compuestos con los nanotubos de carbono o nanopartículas, de acuerdo con los estudios. Esto significa que el grafeno, una lámina de un átomo de espesor de átomos de carbono dispuestos como una nanoescala cerca de alambre, podría ser un factor clave en el desarrollo de materiales nanocompuestos de próxima generación. "He estado trabajando en nanocompuestos durante 10 años, y el grafeno es el mejor que he visto en cuanto a propiedades mecánicas ", dijo Nikhil Koratkar, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial, e Ingeniería Nuclear de Rensselaer, que dirigió el estudio. "El grafeno es muy superior a los nanotubos de carbono o cualquier nanorelleno conocido en la transferencia de su excepcional fuerza y las propiedades mecánicas de un material de acogida." Los resultados de estudios de Koratkar se detallan en tres trabajos publicados recientemente: "Fractura y fatiga en los nanocompuestos de grafeno", "Propiedades mecánicas de los nanocompuestos", y "pandeo nanocompuestos de grafeno resistente", publicado en la revista Applied Physics Letters. Estos avanzados compuestos son cada vez más un componente clave en el diseño de palas de aerogeneradores, aviones, y otras aplicaciones que requieran materiales de alta resistencia. Materiales compuestos como el epoxi son extremadamente ligeros, pero pueden ser frágiles y propensos a fracturas. El equipo de Koratkar ha infundido el compuesto avanzado con pilas, o de las plaquetas, de grafeno. Cada pila es sólo unos pocos nanómetros de espesor. El equipo de investigación también infunde compuestos de epoxy con nanotubos de carbono. materiales como el epoxi infundido con grafeno exhibió un rendimiento muy superior. De hecho, la adición de grafeno igual a 0,1 por ciento del peso del compuesto aumentó la fuerza y la rigidez del material en la misma medida como la adición de los nanotubos de carbono igual a 1 por ciento del peso del compuesto. Esta ganancia, en la medida de un orden de magnitud, destaca la promesa de grafeno, dijo Koratkar. Los rellenos de grafeno también impulsó la resistencia de los compuestos de la propagación de fisuras por fatiga en casi dos órdenes de magnitud, en comparación con el material epóxico de referencia. Aunque los nanotubos de grafeno y el carbono son casi idénticos en su composición química y propiedades mecánicas, el grafeno es mucho mejor que los nanotubos de carbono. "Los nanotubos son increíblemente fuertes, pero son de poca utilidad mecánica si no se transfieren sus propiedades a la composición", dijo Koratkar. "Una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil, y si ese vínculo es entre los nanotubos y el polímero, entonces eso es lo que determina las propiedades mecánicas en general. No importa si los nanotubos son súper fuertes y súper rígida, si el interfaz con el polímero es débil. " , dijo Koratkar el grafeno tiene tres ventajas sobre los nanotubos de carbono. La primera ventaja es la textura de la superficie áspera y arrugada de grafeno, causada por una muy alta densidad de defectos en la superficie. Estos defectos son el resultado del proceso de exfoliación térmica que el equipo de investigación de Rensselaer utilizan para la fabricación de grandes cantidades de grafeno del grafito. Koratkar dijo que la industria aeroespacial y de energía eólica están buscando nuevos materiales con mejor diseño, fuertes, y de larga vida. Su grupo de investigadores se propone estudiar más a fondo cómo el grafeno puede beneficiar a este objetivo. El grafeno muestra una gran promesa para este, ya que puede producirse a partir de grafito, que está disponible en grandes cantidades ya un coste relativamente bajo, dijo, lo que significa que la producción en masa de grafeno es probable que sea mucho más rentable que los nanotubos.
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