viernes, 28 de octubre de 2016

Nuevo metamaterial se contrae cuando se calienta


Es uno de los hechos básicos de la ciencia: calienta algo y se expande. Sin embargo, un equipo de científicos estadounidenses ha inventado un material impreso en 3D que se contrae cuando se calienta. Desarrollado como parte del programa de DARPA para estudiar materiales con arquitectura de microestructura controlada, el metamaterial ligero exhibe lo que los investigadordenominan "expansión térmica negativa".
Los metamateriales son una de esas cosas que salen del laboratorio con un aire de encanto sobre ellos. Básicamente, están hechos de materiales compuestos, como metales, plásticos, o materiales cerámicos, y procesados hasta producir estructuras microscópicas repetidas. Dependiendo de cómo se diseñan estas estructuras, pueden proporcionar propiedades a los metamateriales que no se encuentran en la naturaleza y que incluso no se derivan de los mismos materiales base.

 El estudio realizado por un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en colaboración con la Universidad del Sur de California, el MIT y la Universidad de California, Los Ángeles, utilizó un proceso de impresión 3D llamado micro estereo litografía de proyección para formar un polímero y un compuesto de polímero/cobre para producir una estructura tridimensional de dos materiales altamente compleja. Para ponerlo más simple, imprimieron un material compuesto de dos sustancias para formar un patrón mediante la impresión del polímero en una capa, luego limpiaron superficie para evitar cualquier contaminación, a continuación, imprimieron el compuesto de polímero/cobre, y repitieron el proceso.

El resultado final fue una lámina hecha de vigas microscópicas y huecos que se enganchan entre sí para formar celdas. La geometría de cada celda es tal que cuando se aplica calor, un material se expande más que el otro, haciendo que la célda se flexione hacia el interior y todo el material se encoja en las tres dimensiones. Según el LLNL, el diseño puede ser ajustado para funcionar en un intervalo de decenas a cientos de grados, y la geometría y la topología también pueden diseñarse para no reducirse en absoluto, o incluso ampliarse.

El equipo considera que el material de expansión térmica negativa tiene una gama de aplicaciones. Estas incluyen asegurar pasivamente partes en microchips y montajes ópticos de alta precisión sin necesidad de calentamiento o enfriamiento activo para evitar que se aflojen, haccer que los empastes dentales sean más seguro cuando el paciente está comiendo alimentos calientes, y como una manera de sustituir los espacios de expansión térmica en puentes o edificios con un acolchado sólido. 
"El problema que estamos tratando es un problema de desajuste térmico", de acuerdo al profesor Qiming Wang. "Estos materiales tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica, así que una vez que aumentamos la temperatura, interactúan entre sí y tiran hacia el interior, por lo que el volumen de la estructura global disminuye. El siguiente paso es fabricar materiales de cero expansión térmica, que también podrían resolver estos problemas."


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