Nace una nueva generación de fibras de alto rendimiento

Una nueva generación de fibras más fuertes y resistentes que el Kevlar, considerado como el material de mejores condiciones en la actualidad para determinadas funciones industriales, ha nacido en base a una investigación realizada por especialistas de la Northwestern University. La nueva fibra integra nanotubos de carbono y un polímero, garantizando excelentes parámetros de fortaleza y resistencia.

El avance se ha concretado a partir del esfuerzo de un equipo multidisciplinario dirigido por Horacio Espinoza, de la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Northwestern University, e integrado además por expertos de otras universidades y de MER Corporation. El trabajo ha merecido artículos en los medios especializados ACS Nano, de la American Chemical Society, y Science Today, entre otros, junto a una nota de prensa de la Northwestern University.

Empleando métodos de prueba con microscopía electrónica, el grupo fue capaz de testear y examinar las nuevas fibras en diferentes escalas, desde la escala nano hasta la escala macro, logrando entender exactamente la forma en la cual el rendimiento del material es afectado por diversas interacciones.

El propósito de la investigación es desarrollar fibras de nueva generación que exhiban mayor resistencia y dureza. Los investigadores quieren superar al mismo tiempo un inconveniente actual de las fibras, que pueden ser fuertes o dúctiles, sin combinar ambas ventajas. La nueva generación intenta integrar ambas condiciones.

Resistentes, fuertes y dúctiles

Las fibras desarrolladas han demostrado una elevada ductilidad y, al mismo tiempo, una resistencia muy alta. Es así que pueden absorber y disipar grandes cantidades de energía sin registrar fallas o secuelas. Al mismo tiempo, la resistencia del material llega a niveles nunca evidenciados con anterioridad.

La nueva generación de fibras registraría una amplia variedad de aplicaciones en el campo de la defensa y en la industria aeroespacial. El proyecto forma parte de las iniciativas encaradas en el marco de la Department of Defense's Multidisciplinary University Research Initiative (MURI).

Este programa apoya las investigaciones que combinan más de una disciplina científica tradicional con la ingeniería. Por otro lado, Espinosa y sus colaboradores recibieron 7,5 millones de dólares de la U.S. Army Research Office, teniendo en cuenta que la nueva fibra podría ser utilizada en los chalecos antibalas o paracaídas. Además, podría integrar los materiales compuestos empleados en vehículos, aviones y satélites de uso militar.

Para crear la nueva fibra, los investigadores comenzaron utilizando nanotubos de carbono, moléculas de carbono en forma cilíndrica que tienen individualmente una de las mayores fortalezas de cualquier material en la naturaleza. Sin embargo, al colocarse en conjunto pierden su fuerza. El gran avance de este equipo de investigación fue la incorporación de un polímero a los nanotubos de carbono.

Optimización y estudio del material

Gracias a este polímero, pudo comprobarse una unión más efectiva de los nanotubos de carbono, logrando en consecuencia mantener la resistencia y la fortaleza del material. El testeo a través de un microscopio electrónico de barrido o SEM (Scanning Electron Microscope), permitió examinar los paquetes individuales de los nanotubos y la fibra en su conjunto.

Luego de todos estos estudios, el grupo de investigación ha logrado comprender el funcionamiento de este material a escalas múltiples. El propósito a futuro es incrementar el conocimiento en las escalas más pequeñas, para de esta manera diseñar fibras aún más fuertes y resistentes.

El resultado de estas investigaciones es la obtención de un material más resistente que el Kevlar, con la capacidad de absorber energía sin romperse. Sin embargo, el Kevlar sigue siendo aún más eficiente en otros puntos, por lo tanto los investigadores esperan continuar estudiando las características de la nueva fibra para optimizar su desarrollo.

De acuerdo a los especialistas, si fuera posible mejorar las interacciones entre los paquetes de nanotubos de carbono, el material podría ser todavía más fuerte. Es así que el grupo de investigadores está estudiando diversas técnicas para lograr una mejor ingeniería en esas interacciones. Esta investigación también fue financiada por la Office of Naval Research.