Cada descubrimiento y aplicación de nuevos materiales traerá grandes avances a la civilización humana. Desde la edad de piedra, la edad de bronce, la edad de hierro hasta la edad de silicio y la edad de carbono, los nuevos materiales han cambiado cada vez más nuestras vidas. Y ahora, el nacimiento de una gran ola de nuevos materiales construirá un futuro mejor para nuestras vidas.
1Los científicos desarrollan nuevos materiales de protección exterior para naves espaciales
Según el China Science Daily el 1 de diciembre, el equipo del académico Yu shuhong de la Universidad de Ciencia y tecnología de China ha desarrollado un nuevo material de protección exterior para naves espaciales, la película compuesta de poliimida y nanomica. Debido a su diseño biónico único, este nuevo material ha mejorado significativamente sus propiedades mecánicas y tolerancia ambiental extrema espacial, y se espera que reemplace a los materiales de película compuesta de base de poliimida existentes. Los resultados se publicaron recientemente en Advanced materials.
Fuente de la imagen: China Science Daily
La película de poliimida se ha convertido en un excelente material para la "ropa protectora" de las sondas espaciales debido a sus excelentes propiedades mecánicas, excelente estabilidad térmica y excelente resistencia química. Sin embargo, al igual que otros polímeros de hidrocarburos, el material es muy vulnerable a los ataques atómicos de oxígeno en el entorno espacial, lo que ha provocado una fuerte disminución de sus propiedades físicas y mecánicas, y aún no hay una buena solución. Además, la radiación de rayos cósmicos y el impacto de desechos espaciales también han puesto a prueba su estabilidad.
El equipo del académico Yu shuhong se inspiró en la estructura en capas de "ladrillo - barro" de la madre perla natural y utilizó las características características características superiores de la mica para compensar las deficiencias de poliimida. Esta estrategia de diseño no solo mejora efectivamente las propiedades mecánicas de los materiales, sino que también hace que su superficie superior tenga una mayor resistencia al oxígeno atómico, la radiación ultravioleta y los Desechos Espaciales.
Los estudios han demostrado que la resistencia a la tracción, el módulo de Young y la dureza superficial de esta nueva película compuesta biónica son de 125 mpa, 2,2 MPA y 0,37 mpa, respectivamente, un 45%, 100% y 68% más que la película de poliimida pura. Debido a la estructura única de nácar de doble capa y las ventajas inherentes de las nanopartículas de mica, las películas compuestas de poliimida de doble capa y nanomica muestran una mayor tolerancia al oxígeno atómico, que es significativamente mejor que las películas compuestas de poliimida pura, las películas compuestas de poliimida - mica de estructura de nácar de una sola capa y los Materiales compuestos de base de poliimida reportados anteriormente. Además, su resistencia al envejecimiento ultravioleta y su estabilidad a alta temperatura también han mejorado significativamente.
Insiders de la industria creen que la estrategia única de diseño de estructura de imitación de nácar de doble capa propuesta en este estudio proporciona nuevas ideas para el diseño y construcción de otros nanocompuestos de alto rendimiento.
2El equipo del MIT encontró un nuevo material de batería de flujo líquido "semisólido"
Con el fin de construir una solución asequible de almacenamiento de energía en la red eléctrica, el dispositivo de batería de flujo líquido también ha atraído una vez más la atención general de los investigadores en los últimos años.
El equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts ha desarrollado un nuevo material de electrodos similar al helado blando, que cree que se puede integrar en baterías "semisólidas" para almacenar energías renovables de una manera más barata.
Fuente de la imagen: Thaneer Narayanan/MIT News
En términos de almacenamiento de energía renovable, las baterías de flujo líquido son una dirección de investigación bastante atractiva. En comparación con las baterías de iones de litio, tienen las ventajas de flexibilidad, escalabilidad y bajo costo. Mejor aún, las células de flujo líquido pueden almacenar energía durante meses para llenar la brecha entre los picos y valles de la energía solar y eólica. El nuevo programa del equipo de investigación del mit, a su vez, pone el costo en un Estado más extremo.
"Hemos llevado a cabo un análisis exhaustivo y de arriba hacia abajo y hemos considerado diversas compensaciones para ver hasta qué punto la composición de la batería tiene un impacto en el rendimiento y el costo. los resultados han demostrado que nuestro sistema es más barato que otros grupos de control y es capaz de expandirse de manera flexible", indicó la autora del estudio, thaneer malainarayanan.
3El nuevo polímero combina arena de silicio en materiales compuestos
Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ornl) han diseñado un nuevo tipo de polímero para unir y fortalecer la arena de silicio para la fabricación de aditivos a chorro de adhesivos. Se trata de un método de Impresión 3D que se utiliza en la industria para el diseño de prototipos y la producción de componentes.
El equipo de ornl creó un adhesivo de polietileno imino (pei) que duplica la resistencia de las piezas de arena en comparación con los adhesivos tradicionales.
Fuente de la imagen: ORNL
Los componentes impresos por pulverización a través de un adhesivo son porosos cuando se retiran inicialmente de la cama de impresión. A través del diseño de penetración, se añade un material de pegamento fuerte llamado cianoacetato, que puede llenar las grietas y aumentar la resistencia. Sobre la base del primer paso, la resistencia del segundo paso se multiplica por ocho, haciendo que el compuesto de arena polimérica sea más resistente que cualquier otro material de construcción conocido, incluida la mampostería.
"Muy pocos polímeros son adecuados para su uso como adhesivos para este tipo de aplicaciones. los investigadores han estado buscando propiedades especiales que logren los mejores resultados, como la disolucibilidad. el descubrimiento clave es que los adhesivos Pei tienen una estructura molecular única y pueden reaccionar con cianoacetatos para lograr una excelente resistencia", indicó Tomonori saito, investigador principal del proyecto.
Una de las aplicaciones potenciales de la arena de alta resistencia es el molde avanzado de fabricación de materiales compuestos. La Arena de silicio es un material de bajo costo fácilmente accesible, cada vez más popular en los campos automotriz y aeroespacial, y se puede utilizar para fabricar componentes compuestos. Por ejemplo, utilizar núcleos de arena impresos en 3D o "moldes" para envolver materiales ligeros como fibra de carbono o fibra de vidrio y luego calentarlos y solidificarlos. La Arena de silicio es más adecuada para su uso como molde, ya que no cambia de tamaño al calentarse y tiene ventajas únicas en moldes lavables. En las aplicaciones de materiales compuestos, el uso de adhesivos solubles en agua para construir moldes de arena es de gran importancia, ya que se puede eliminar la arena mediante un simple lavado a través del agua del grifo, dejando atrás formas huecas de materiales compuestos. "Para garantizar la precisión de los componentes del molde se necesita un material que no cambie de forma durante el procesamiento, por lo que la arena de silicio es muy optimista. el desafío es superar las debilidades estructurales de las piezas de arena", indicó el investigador principal Dustin gilmer.
4Ntnu desarrolla un nuevo material elástico de seda de araña
Fuente de la imagen: Prospecting Network
Inspirados en el hilo de araña súper fuerte, investigadores de la Universidad de Ciencia y tecnología de Nueva Zelanda han desarrollado un nuevo material que supera el problema de sopesar entre resiliencia y rigidez.
El nuevo material es un polímero conocido como elástico, con la misma elasticidad que el caucho. Este polímero muy elástico recién desarrollado se caracteriza por tener ocho enlaces de hidrógeno en una unidad repetida, y son estos enlaces de hidrógeno los que ayudan a distribuir uniformemente el estrés aplicado al material para que sea tan duradero.
"Estos ocho enlaces de hidrógeno son el origen de esta extraordinaria propiedad mecánica", dijo zhilian zhang, Profesor de mecánica y materiales en el Departamento de ingeniería estructural de ntnu.
Los científicos ya habían notado previamente que el hilo de araña - especialmente el que proporciona radios de telaraña y el arrastre del borde exterior - es extremadamente duro y resistente. La rigidez y la tenacidad son propiedades muy diferentes en la ingeniería, a menudo opuestas. El material duro puede soportar una gran presión antes de la deformación, mientras que el material duro puede absorber una gran cantidad de energía antes de la fractura. Por ejemplo, aunque el vidrio es duro, no es duro.
Además de las propiedades mecánicas, este material es transparente y los estudios han demostrado que incluso puede lograr la autoreparación a temperaturas superiores a 80 ° c. Si la producción puede expandirse, este nuevo material podría algún día utilizarse en productos electrónicos flexibles, especialmente en dispositivos portátiles vulnerables y dañados.
Además, los investigadores quieren ampliar las propiedades de este material para que tenga las características de protección contra el hielo (evitar que el hielo se adhiera a él a bajas temperaturas) y contra la contaminación (evitar que organismos acuáticos como mejillones y algas se adhieran a él), para que pueda usarse en condiciones extremas, como el Ártico.
5Los residuos de madera se pueden utilizar como alternativas a los plásticos termostáticos renovables / reciclables
La mayoría de las resina termostática no solo está hecha de ingredientes no renovables, sino que también es difícil de reciclar. Científicos suecos han trabajado para resolver estos problemas y han desarrollado un nuevo material termostático a base de Lignina que se puede reutilizar varias veces.
La Lignina es un polímero orgánico que constituye la mayor parte del tejido de soporte de las plantas, incluidos los árboles. También es un subproducto de la pulpa y la industria papelera, que se propuso para áreas como baterías más baratas, fibra de carbono desechada y hormigón más fuerte.
Fuente de la imagen: red
Investigadores de la Universidad de Estocolmo combinaron la Lignina con un producto químico reticulado no tóxico extraído del Etilenglicol para crear un material característico muy similar a las resina termostáticas tradicionales. El material no requiere cambios químicos previos en la lignina, solo necesita ser "hervido" con el agente de enlace cruzado para formar múltiples formas a través de técnicas tradicionales de fundición o moldeo por inyección, que se puede decir que son muy simples y respetuosas con el medio ambiente.
Los investigadores pueden ajustar las propiedades del material cambiando la proporción de Lignina al agente de enlace cruzado, que puede ser suave y resistente o duro y crujiente. Además, se puede descomponer por calor y reutilizar varias veces, manteniendo una buena resistencia mecánica, una característica que se dice que es comparable a los plásticos de ingeniería existentes.
6Los nuevos compuestos de fibra de carbono pueden utilizar energía térmica para la curación
Aniruddh vashisth, Profesor de la Universidad de washington, ha desarrollado un nuevo, muy sólido, compuesto ligero de fibra de carbono. Para los materiales actuales de fibra de carbono, una vez dañados, es básicamente imposible repararlos o reciclarlos. Y este nuevo compuesto de fibra de carbono, a diferencia de las fibras de carbono tradicionales, se puede reparar repetidamente.
Fuente de la imagen: cnBeta.COM
El nuevo compuesto de fibra de carbono es tan resistente como el tradicional, pero tiene la ventaja de que se puede utilizar el calor para repararlo repetidamente, es decir, el calor puede revertir cualquier daño por fatiga del material, que también puede usarse para descomponerlo cuando el material necesita ser recuperado.
Debido a que las fibras de carbono tradicionales no se pueden reciclar, el desarrollo de un material que pueda reciclarse o repararse utilizando fuentes de calor tradicionales o calefacción por radiofrecuencia es un descubrimiento clave.
El mejor momento para cambiar el futuro es ahora. Se cree que con el desarrollo de la Ciencia y la tecnología, cada vez aparecerán más nuevos materiales inesperados en nuestras vidas para ayudar a la humanidad a construir un mañana mejor.
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