Una nueva forma de pintar con aerógrafo 03.05.2015

Cuando hablamos de algo liviano e ingrávido, a menudo usamos el adjetivo "aireado". Sin embargo, el aire todavía tiene masa, aunque pequeña: un metro cúbico de aire pesa un poco más de un kilogramo. ¿Es posible crear un material sólido que ocuparía, por ejemplo, un metro cúbico, pero al mismo tiempo pesaría menos de un kilogramo? Este problema fue resuelto a principios del siglo pasado por el químico e ingeniero estadounidense Stephen Kistler, conocido como el inventor del aerogel.

La macroestructura impresa en 3D del aerógrafo le otorga propiedades mecánicas únicas sin perder su naturaleza de "grafeno". Crédito: Ryan Chen/LLNLLa macroestructura impresa en 3D del aerógrafo con aerógrafo le otorga propiedades mecánicas únicas sin perder su naturaleza de "grafeno".

Probablemente, para muchos, la primera asociación con la palabra "gel" esté asociada con algún tipo de producto cosmético o productos químicos domésticos. Aunque, de hecho, un gel es un término completamente químico que se refiere a un sistema que consiste en una red tridimensional de macromoléculas, una especie de marco, en cuyos vacíos hay un líquido. Debido a este marco molecular, el mismo gel de ducha no se esparce por la palma de la mano, sino que adquiere una forma tangible. Pero es imposible llamar aireado a un gel tan ordinario: el líquido, que constituye la mayor parte, es casi mil veces más pesado que el aire. Aquí es donde a los experimentadores se les ocurrió la idea de cómo hacer un material ultraligero.

Si toma un gel líquido y de alguna manera le quita el agua, reemplazándola con aire, como resultado, solo quedará un esqueleto del gel, que proporcionará dureza, pero al mismo tiempo prácticamente no tendrá peso. Este material se llama aerogel. Desde su invención en 1930, ha comenzado una especie de competencia entre los químicos para crear el aerogel más liviano. Durante mucho tiempo se utilizó principalmente un material a base de dióxido de silicio para obtenerlo. La densidad de estos aerogeles de silicio oscilaba entre décimas y centésimas de gramo por centímetro cúbico. Cuando los nanotubos de carbono comenzaron a usarse como material, la densidad de los aerogeles se redujo en casi dos órdenes de magnitud. Por ejemplo, el aerografito tenía una densidad de 0,18 mg/cm3. Hasta la fecha, la palma del material sólido más liviano pertenece al aerógrafo, su densidad es de solo 0,16 mg / cm3. Para mayor claridad, un cubo de un metro hecho con aerógrafo pesaría 160 g, que es ocho veces más ligero que el aire.

Sin embargo, los químicos no solo están motivados por el interés deportivo, y el grafeno como material para aerogeles comenzó a usarse no por casualidad. El grafeno en sí mismo tiene muchas propiedades únicas, que se deben en gran parte a su estructura plana. Por otro lado, los aerogeles también tienen características especiales, una de las cuales es una enorme superficie específica, que asciende a cientos y miles de metros cuadrados por gramo de sustancia. Un área tan grande surge debido a la alta porosidad del material. Los químicos ya han logrado combinar las propiedades específicas del grafeno con la estructura única de los aerogeles, pero los investigadores del Laboratorio Nacional de Livermore, por alguna razón, también necesitaban una impresora 3D para crear aerógrafos.

Para imprimir aerogel, primero fue necesario crear una tinta especial a base de óxido de grafeno. Además de que deben ser aerógrafos, es necesario que dicha tinta sea apta para impresión 3D. Habiendo resuelto este problema, los químicos encontraron un método por el cual es posible producir aerógrafos con la microarquitectura deseada. Esto es muy importante, porque además de las propiedades inherentes al grafeno, dicho material también tendrá interesantes propiedades físicas. Por ejemplo, la muestra que recibieron los autores del estudio resultó ser sorprendentemente elástica: un cubo pintado con aerógrafo podía comprimirse diez veces sin dañar el material, mientras que no perdía sus propiedades durante la compresión-estiramiento repetido.

La capacidad de comprimir repetidamente distingue al aerógrafo impreso del obtenido por la vía "habitual". Una de las aplicaciones prácticas del nuevo aerógrafo podrían ser las baterías eléctricas flexibles, donde la gran superficie interior del material se utilizaría como electrodo, mientras que la estructura impresa le daría la flexibilidad deseada.