Los materiales de autodetección inspirados en la naturaleza podrían conducir a nuevos desarrollos en ingeniería
Las formas celulares de los materiales naturales están en el origen de un nuevo material ligero e inteligente, impreso en 3D y desarrollado por un equipo internacional de ingenieros.
El equipo, dirigido por ingenieros de la Universidad de Glasgow, mezcló una forma común de plástico industrial con nanotubos de carbono para crear un material que es más resistente, resistente e inteligente que los materiales convencionales comparables.
Los nanotubos también permiten que el plástico no conductor transporte un carga eléctrica en toda su estructura. Cuando la estructura se somete a cargas mecánicas, su resistencia eléctrica cambia. Este fenómeno, conocido como piezorresitividad, le da al material la capacidad de «sentir» su salud estructural.
Utilizando técnicas de impresión 3D avanzadas que brindan un alto nivel de control sobre el diseño de las estructuras impresas, pudieron crear una serie de diseños complejos con una arquitectura porosa de mediana escala, lo que ayuda a reducir el peso total de cada diseño y maximizar el rendimiento mecánico. .
Los diseños de las celdas del equipo son similares a los materiales porosos que se encuentran en el mundo naturalcomo colmenas, esponja y hueso, que son ligeros pero robustos.
Los investigadores creen que sus materiales celulares podrían encontrar nuevas aplicaciones en medicina, prótesis y diseño automotriz y aeroespacial, donde se demandan materiales resistentes de baja densidad con una capacidad de sentido propio excesiva.
la Buscar está disponible en línea como artículo de primera vista en la revista Materiales de ingeniería avanzada.
En el documento, los investigadores describen cómo investigaron la absorción de energía y las características de autodetección de tres modelos diferentes de nanoingeniería que imprimieron utilizando su material personalizado, que está hecho de copolímero aleatorio de polipropileno y nanotubos de carbono de paredes múltiples.
De los tres diseños probados, encontraron que uno tenía la combinación más efectiva de rendimiento mecánico y capacidad de autodetección: una «matriz de placas» en forma de cubo, que incorporaba láminas planas apretadas.
La estructura reticular, cuando se somete a compresión monotónica, muestra una capacidad de absorción de energía similar a las espumas de níquel de la misma densidad relativa. También superó a varios otros materiales convencionales de la misma densidad.
La investigación fue dirigida por el Dr. Shanmugam Kumar de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, junto con sus colegas, el Profesor Vikram Deshpande de la Universidad de Cambridge y el Profesor Brian Wardle del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
El Dr. Kumar dijo: “La naturaleza tiene mucho que enseñar a los ingenieros sobre cómo equilibrar las propiedades y la estructura para crear materiales livianos y de alto rendimiento. Nos hemos inspirado en estas formas para desarrollar nuestros nuevos materiales celulares, que ofrecen ventajas únicas frente a su producción convencional. contrapartes y pueden ajustarse para manipular sus propiedades físicas.
«El copolímero aleatorio de polipropileno que hemos elegido ofrece una mejor procesabilidad, una mejor resistencia a la temperatura, una mejor consistencia del producto y una mejor resistencia al impacto. Los nanotubos de carbono ayudan a que sea mecánicamente robusto al mismo tiempo que le otorgan conductividad eléctrica. Podemos elegir el grado de porosidad en el patrón y diseñar la geometría porosa para mejorar las propiedades mecánicas específicas de la masa.
«Los materiales livianos, más fuertes y autosensibles como estos tienen un gran potencial para aplicaciones prácticas. Podrían ayudar a fabricar carrocerías de automóviles más livianas y eficientes, por ejemplo, o aparatos ortopédicos para personas con problemas como la escoliosis que pueden detectar cuando sus cuerpos no están obteniendo un soporte óptimo, e incluso podría usarse para crear nuevas formas de electrodos diseñados para baterías.
El artículo del equipo, titulado «Multifuncionalidad de las redes de autodetección de nanoingeniería habilitadas por la fabricación aditiva», se publica en Materiales de ingeniería avanzada.
Jabir Ubaid et al, Multifuncionalidad de las redes de autodetección de nanoingeniería habilitadas por la fabricación aditiva, Materiales de ingeniería avanzada (2022). DOI: 10.1002/adem.202200194
Proporcionado por
Universidad de Glasgow
Cita: Los materiales de autodetección inspirados en la naturaleza podrían conducir a nuevos desarrollos en ingeniería (10 de mayo de 2022) Obtenido el 10 de mayo de 2022 de https://phys.org/news/2022-05-nature-inspired-self -sensing-materials . html
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