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Vidrio más fuerte que el acero
En el mundo de los materiales, la resistencia (la cantidad de fuerza que puede soportar una sustancia) y la tenacidad (su capacidad para resistir la fractura) no son simplemente atributos diferentes; son muy difíciles de lograr juntos. Ahora, una colaboración de investigadores de Caltech y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía ha creado una forma de vidrio que tiene ambas cualidades. Es más fuerte y resistente que el acero o, de hecho, cualquier otro material conocido. El material presenta paladio, un metal cuyo posible uso en vidrios se reconoció hace 45 años.
A prueba de roturas: Una micrografía electrónica tomada después de una prueba de flexión. La muestra no se fracturó.
Probablemente sea el mejor material tolerante a daños que hemos visto, dice Robert Ritchie , profesor de la Universidad de California, Berkeley, que probó el nuevo material. Él dice que nadie ha logrado tal dureza con un vidrio 100 por ciento y que existe el potencial para producir el vidrio en masa.
Julia Greer , un profesor asistente de Ciencia de Materiales en Caltech, que no participó en el desarrollo del material, dice que tiene potencial para superar las limitaciones que siempre tuvieron los vidrios metálicos.
El trabajo se describe en un estudio publicado esta semana en la revista Materiales de la naturaleza . Marios Demetriou , profesor de Caltech y autor principal del artículo, dice que el trabajo implicó encontrar una versión particularmente fuerte de la forma más simple de vidrio, llamada vidrio marginal, y luego convertirla en una forma aún más fuerte conocida como vidrio a granel.
Lo que hicimos aquí fue encontrar un vidrio marginal muy, muy resistente hecho de paladio con pequeñas fracciones de metaloides como fósforo, silicio y germanio, que produjo muestras de un milímetro de espesor. Y solo dijimos, agreguemos muy poco de algo que lo haga voluminoso sin hacerlo quebradizo, dice Demetriou. Al agregar un 3,5 por ciento de plata a este vidrio marginal, Demetriou pudo aumentar el grosor a seis milímetros manteniendo su dureza.
El talón de Aquiles de estas gafas metálicas es que cuando las tensas o intentas deformarlas de alguna manera, fallan catastróficamente, dice Greer. Esto ocurre a través de la formación de lo que se denomina bandas de cizallamiento, pequeños defectos que se fusionan en patrones venosos que evolucionan rápidamente como grietas, lo que hace que el vidrio se rompa bajo tensiones extremadamente pequeñas. Sin embargo, según los investigadores, el vidrio de paladio genera tantas de estas bandas que forman un patrón de bloqueo que evita que las grietas se propaguen sin afectar las propiedades generales del material.
Ritchie dice que es posible combinar otros elementos para hacer vasos aún mejores. John Lewandowski , un profesor de metalurgia en la Case Western Reserve University, dice: Uno de los resultados de este proyecto será estimular mucho trabajo en áreas relacionadas, examinar los detalles, modelarlo, analizar los efectos de la temperatura o lo que sucede cuando lo prueba.
La limitación es el alto costo del paladio. Por lo tanto, dice Ritchie, aunque existen innumerables aplicaciones estructurales que podrían utilizar la alta resistencia y dureza de este material, como componentes automotrices y aeroespaciales, muchas de ellas resultarán poco prácticas en el mercado.
Demetriou es más optimista. Él cree que ya existe una demanda de vidrio metálico y dice que un producto como un implante dental hecho de este material podría estar disponible en los próximos cinco años. Él dice que esto ofrecería una alternativa superior a los implantes tradicionales hechos de metales nobles, que son más suaves y rígidos y, por lo tanto, es más probable que se desgasten o causen atrofia ósea.
El primer paso es convencer al fabricante de que el material posee atributos únicos e inusuales, dice. Luego, se necesitará una serie de pruebas de su rendimiento, longevidad y compatibilidad biológica antes de determinar finalmente si el precio sería competitivo.
En cuanto a la fabricación de estructuras a gran escala como puentes, Demetriou dice que el costo probablemente evitaría eso. Pero tiene esperanzas de desarrollar algo más económico. Si desarrollamos una aleación de hierro o cobre con estas propiedades, dice, les diré esto: dejaremos el acero fuera del negocio para siempre.