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(Noticias de Nanowerk) Los aerogeles son materiales livianos con poros extensos a microescala que podrían usarse en aislamiento térmico, dispositivos de energía, estructuras aeroespaciales y tecnologías electrónicas flexibles emergentes. Sin embargo, los aerogeles tradicionales a base de cerámica tienden a ser quebradizos, lo que limita su rendimiento en estructuras de carga. Debido a las limitaciones impuestas por sus componentes básicos, las clases de aerogeles poliméricos desarrolladas recientemente solo pueden lograr una alta resistencia mecánica sacrificando su porosidad estructural o sus propiedades de peso ligero.
Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Lizhi Xu y el Dr. Yuan Lin del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha desarrollado un nuevo tipo de materiales poliméricos de aerogel con enormes valores de aplicación para diversos dispositivos funcionales.
En este estudio (comunicación de la naturaleza«Aerogeles ultrarresistentes y multifuncionales con red hiperconectiva de nanofibras poliméricas compuestas»), se fabricó con éxito un nuevo tipo de aerogel utilizando una red de nanofibras autoensamblada con aramidas o Kevlar, un material polimérico utilizado en cascos y chalecos antibalas.
En lugar de utilizar fibras de Kevlar de tamaño milimétrico, el equipo de investigación utilizó un método de procesamiento de soluciones para dispersar las aramidas en fibrillas a nanoescala. Las interacciones entre las nanofibras y el alcohol polivinílico, otro polímero suave y «pegajoso», crearon una red de fibrillas en 3D con alta conectividad de nodos y un fuerte vínculo entre las nanofibras.
«Es como una red de armazones 3D microscópica, y logramos soldar los armazones firmemente entre sí, lo que resultó en un material muy fuerte y resistente que puede soportar grandes cargas mecánicas y supera a otros materiales de aerogel», dijo el Dr. xu
El equipo también utilizó simulaciones teóricas para explicar el excelente rendimiento mecánico de los aerogeles desarrollados.
«Construimos una gran cantidad de modelos de redes 3D en la computadora que capturaron las propiedades esenciales de los aerogeles nanofibrilares», dijo el Dr. Lin, quien dirigió las simulaciones teóricas de la investigación. “La mecánica nodal de las redes fibrilares es esencial para su comportamiento mecánico general. Nuestras simulaciones mostraron que la conectividad de los nodos y la fuerza de unión entre fibras afectaron la resistencia mecánica de la red en muchos órdenes de magnitud, incluso con el mismo contenido de sólidos”, dijo el Dr. Lin
“Los resultados son muy emocionantes. No solo hemos desarrollado un nuevo tipo de aerogel de polímero con excelentes propiedades mecánicas, sino que también hemos proporcionado información sobre el diseño de varios materiales de nanofibras», dijo el Dr. Xu, y agregó: «Los procesos de fabricación simples para estos aerogeles también permiten su uso en varios dispositivos funcionales, como dispositivos electrónicos portátiles, sigilo térmico, membranas de filtración y otros sistemas».
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