El material  mas ligero del mundo para impresiones 3D da lugar al grafeno tridimensional

Los aerogeles son algunos de los materiales sólidos más ligeros en la Tierra, ya que contienen hasta 99,98 por ciento de aire. Como parte de una investigación durante el año pasado, un equipo de científicos pertenecientes al ETH en Zurich ha desarrollado un nuevo tipo de espuma porosa dorada que es tan ligera como el aire y, es como la espuma que flota sobre el capuchino. El material más ligero del mundo, sin embargo, es el aerogel de grafeno, con un peso de sólo 160 gramos por metro cúbico. Lo que es más, los investigadores han encontrado recientemente una manera de producir la sustancia fácilmente, a través de la impresión 3D.

el material mas ligero del mundo 2Los aerogeles, también conocidos como “humo congelado”, son sustancias sintéticas que realmente se ven como el gas, y tienen casi el mismo peso y la densidad del gas. Formado mediante la sustitución del componente líquido de un gel con gas, el material resultante es un sólido translúcido, con muy baja densidad y conductividad térmica. Fue creado por primera vez en 1931, dentro de las principales características de los aerogeles, es que cuentan con una serie de propiedades impresionantes, incluyendo la flexibilidad, la capacidad de compresión y también la capacidad para absorber líquidos como el aceite.

Gracias a sus características únicas, el aerogel está siendo actualmente utilizado por los investigadores para determinar sus potenciales de uso, incluyendo capas de invisibilidad y limpieza del medio ambiente. Un gramo de la sustancia, por ejemplo, es capaz de absorber alrededor de 900 veces su peso, en términos de materiales como el petróleo. A pesar de que el aerogel de sílice es el tipo más común de aerogel, el aerogel de grafeno es considerado como la sustancia más ligera en la Tierra. Es casi 7,5 veces más ligero que el aire, y más de un 12 por ciento más ligero que el Aerographite, que actualmente es el segundo material más ligero en todo el mundo.

De hecho, es tan increíblemente liviano, que una forma de una pulgada cúbica de aerogel de grafeno puede ser equilibrada sobre una cabeza de semillas de diente de león, el estambre de una flor o sobre una brizna de hierba. El grafeno contiene átomos de carbono que dispuestos uniformemente en celosía forman un panal hexagonal. El aerogel, sin embargo, se compone de múltiples capas de grafeno, colocadas una encima de la otra para formar una estructura tridimensional compacta.

el material mas ligero del mundo 3Recientemente, los científicos de la Universidad del Estado de Kansas, Universidad Estatal de Nueva York y el Instituto Harbin de Tecnología en China idearon una nueva e innovadora técnica de impresión en 3D que podría utilizarse para producir en masa de sustancias más ligeras del mundo. Para lograr tal hazaña, el equipo tuvo que superar varios retos. Según los investigadores, la estructura molecular única de los aerogeles, es la que les confiere sus notables propiedades, pero a su vez estas notables propiedades son las que hacen que su impresión sea tremendamente difícil. Hablando sobre la investigación, publicada en la revista Small, Zhou Chi, de la Escuela de SUNY de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, dijo:

El grafeno es muy difícil de manipular, pero las estructuras que conforma, muestran que es posible transformar su forma en formas tridimensionales.

La impresión 3D del aerogel, por lo general implica la adición de un polímero especial para el material del núcleo de modo que pueda ser producido por medio de una impresora de inyección de tinta. Una vez que el procedimiento ha terminado, el polímero se retira de la estructura original a través de un proceso químico. Esta técnica, sin embargo, no se puede utilizar en caso del aerogel de grafeno, ya que la adición de una sustancia extraña tiende a destruir su delicada estructura.

Para imprimir el aerogel de grafeno en 3D, los científicos volvieron al óxido de grafeno, que luego se mezcla con agua. La mezcla resultante se distribuye en una superficie plana y se enfría a alrededor de -25 grados Celsius. Esto a su vez permite a los investigadores congelar las capas de grafeno constituyentes, creando así una estructura tridimensional de aerogel que se mantiene unida por medio de andamios de hielo. Después de terminado el proceso, el agua en los andamios se elimina por medio de la liofilización con nitrógeno líquido.

Para eliminar los átomos de oxígeno que quedan, el material se calienta, dejando tras el aerogel, grafeno puro. A medida que los científicos avanzan en esta técnica, el aerogel producido, tenía unas densidades que varían de 0,5 kg a 10 kg por metro cúbico.

Curiosamente, el aerogel más ligero creado hasta ahora cuenta con una densidad de alrededor de 0,16 kg por metro cúbico. Dong Lin, profesor de la Universidad del Estado de Kansas y el coautor del estudio, dijo:

Al mantener el grafeno en un ambiente frío, hemos sido capaces de asegurar que se mantiene la forma que hemos diseñado. Este es un paso importante hacia la fabricación de grafeno como material comercialmente viable.