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Un simple truco convierte el polímero comercial en la fibra más resistente del mundo
En la ciencia de los materiales, la tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de romperse. El kevlar, por ejemplo, puede absorber unos 80 julios por gramo antes de romperse, pero esto queda eclipsado por ciertos materiales naturales que son mucho más resistentes. La seda producida por la araña orbe fluvial gigante, por ejemplo, puede absorber alrededor de 390 julios por gramo antes de romperse.
Por tanto, existe un gran interés en encontrar nuevos materiales que puedan igualar o superar el rendimiento de los materiales naturales para aplicaciones que requieren altos niveles de absorción de energía.
Hoy, Nicola Pugno de la Universidad de Trento en Italia revela un truco notablemente simple que aumenta drásticamente la dureza de casi cualquier tipo de fibra. De hecho, Pugno dice que ha utilizado la técnica para crear la fibra más resistente del mundo.
La nueva idea es engañosamente simple: no implica más que atar un nudo corredizo en la fibra, creando un bucle de fibra adicional que puede atravesar el nudo cuando se tensa.
El mecanismo es sencillo. Cuando la fibra se pone en tensión, el nudo corredizo comienza a apretarse y el material sobrante pasa a través del nudo, disipando energía a través de la fricción.
Por supuesto, la fibra finalmente se rompe, pero solo después de que todo el material del bucle haya pasado a través del nudo corredizo.
Claramente, esto no hace que el material sea más fuerte (la tenacidad y la resistencia son propiedades diferentes que generalmente no están correlacionadas). Sin embargo, no es difícil ver cómo la disipación de energía aumentaría drásticamente la cantidad de energía que absorbe la fibra antes de romperse, aumentando así su dureza.
Pugno dice que ha probado la idea en varios materiales utilizando diferentes números de bucles y nudos corredizos. Los mejores resultados provienen del uso de tres nudos corredizos, dice.
Al aplicar este sencillo truco a una fibra polimérica comercial llamada Endumax, ha aumentado su tenacidad de 44 julios por gramo a unos notables 1070 julios por gramo. Ese es el valor más alto jamás registrado. La prueba de concepto se realiza experimentalmente haciendo la fibra más resistente del mundo, dice.
Eso es mejor incluso que las fibras hechas de nanotubos, materiales que los científicos recién están comenzando a fabricar. El más fuerte de ellos, hecho de nanotubos de carbono, tiene una dureza de 970 julios por gramo.
Pugno dice que su trabajo es solo el comienzo y que debería ser posible utilizar su técnica de nudos corredizos para hacer fibras de grafeno con una dureza de 100.000 julios por gramo.
Hay desafíos por delante, por supuesto. Idealmente, la fuerza requerida para pasar la fibra a través del nudo debe estar justo por debajo del punto de rotura del material y esto depende de factores como la topología del nudo. La elección del nudo tiene una influencia importante en el comportamiento del material y el trabajo adicional aquí podría conducir a diseños novedosos. Pugno dice que actualmente está patentando su diseño de nudo corredizo y, por lo tanto, aún no lo ha publicado.
Las aplicaciones potenciales de esta idea son muchas. Obviamente, los materiales más duros podrían usarse en áreas donde la absorción de energía es importante, como la fabricación de chalecos antibalas, por ejemplo.
Esa es una idea eficaz y barata que tiene un potencial significativo. También es extraordinariamente simple, lo que podría ser la razón por la que se ha pasado por alto hasta ahora.
Ref: arxiv.org/abs/1304.6658 : El huevo de Colón para fabricar las fibras más resistentes del mundo