¡La madera metalizada llegó para revolucionar el mundo de la industria! Descubra el material utilizado como membranas para separar biomateriales en diagnósticos de cáncer, recubrimientos protectores y sensores flexibles

Sí, ya existe una madera más dura que el acero y el titanio, pero James Pikul, de la Universidad de Pensilvania, EE. UU., ha querido invertir la ecuación. Entonces, en lugar de hacer madera que parece metal, hizo metal que parece madera. Los investigadores ahora finalmente lograron resolver el mayor problema que impedía que esta espuma metálica tan prometedora se fabricara a gran escala: lograron eliminar las llamadas "grietas invertidas", un tipo de defecto que ha plagado a materiales similares durante décadas.

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A pesar de los avances tecnológicos en la construcción, la madera sigue siendo un material de construcción omnipresente gracias a su alta relación resistencia-densidad.

El espaciado preciso de estos poros también le da al material algunas propiedades ópticas únicas. Los espacios entre los espacios son del mismo tamaño que las longitudes de onda de la luz visible, lo que significa que la luz reflejada por la madera interfiere, con el resultado de que se realzan colores específicos, según el ángulo de reflexión. Esto le da al material una apariencia de arcoíris brillante y atractiva, con el potencial de incorporarse en dispositivos de detección.

Aunque el material ha estado en desarrollo durante varios años, los ingenieros han resuelto un problema grave que les ha impedido fabricar madera metálica en tamaños útiles: eliminar las grietas invertidas que se forman a medida que el material crece a partir de nanopartículas en películas metálicas. La prevención de estos defectos permite que se cultiven tiras del material en áreas 20.000 veces más grandes que antes. La solución se detalló en un artículo de Nature Materials.

Cuando se forma una grieta en un material convencional, los enlaces entre los átomos se rompen, lo que finalmente provoca que el material se separe. Una fisura invertida, sin embargo, es un exceso de átomos. En el caso de la madera metálica, estos son átomos de níquel adicionales que llenan los nanoporos que le otorgan sus propiedades únicas.

"Las grietas invertidas han sido un problema desde la primera síntesis de materiales similares a fines de la década de 1990", dijo el estudiante graduado Zhimin Jiang, quien trabajó en el proyecto. “Encontrar una manera simple de eliminarlos ha sido un obstáculo de larga data en el campo”.

Metal poroso como madera y grietas inversas

Grietas invertidas emergen de la forma en que se cultiva la madera metálica. Comienza como un "modelo" de nanoesferas apiladas. Cuando el níquel se deposita a través del modelo, forma una red alrededor de las esferas, que posteriormente se disuelven para dejar atrás la estructura de poros de níquel. Sin embargo, los investigadores descubrieron que si hay lugares donde se interrumpe el patrón de apilamiento regular de las nanoesferas, el níquel llenará esos espacios y producirá una grieta invertida cuando el modelo se disuelva.

“La forma estándar de construir estos materiales es comenzar con una solución de nanopartículas y evaporar el agua hasta que las partículas estén secas y apiladas uniformemente. El desafío es que las fuerzas superficiales del agua son tan fuertes que rompen las partículas y forman grietas, como las grietas que se forman en la arena seca", explicó el profesor James Pikul. “Estas grietas son muy difíciles de prevenir en las estructuras que estamos tratando de construir, por lo que desarrollamos una nueva estrategia que nos permite autoensamblar las partículas mientras mantenemos húmedo el modelo.

“Esto evita que las películas se rompan, pero debido a que las partículas están húmedas, tenemos que bloquearlas en su lugar usando fuerzas electrostáticas para poder llenarlas con metal”.

La madera metálica es tres veces más resistente que los metales porosos

Ahora que es posible crear tiras de madera metálica más grandes y consistentes, Pikul y sus colegas están particularmente interesados ​​en usarla para construir nuevos dispositivos. Él dijo: “Nuestro nuevo enfoque de fabricación nos permite fabricar metales porosos que son tres veces más fuertes que los metales porosos anteriores con una densidad relativa similar y 1.000 veces más grandes que otras nanoredes.

“Planeamos usar estos materiales para fabricar una gama de dispositivos que antes eran imposibles, que ya estamos usando como membranas para separar biomateriales en diagnósticos de cáncer, recubrimientos protectores y sensores flexibles”. dice Pikull.

Este trabajo fue apoyado parcialmente por el programa piloto de subvenciones del Centro de Innovación y Odontología de Precisión de la Universidad de Pensilvania y por Nacional Fundación de Ciencias bajo CARRERA Grant #1943243.