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El material compuesto de caucho y metal se endurece en respuesta al estrés

Materiales

Michael Irving

19 de febrero de 2018

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Ejemplos del nuevo material que pasa del caucho al metal bajo tensión: (izquierda) una tira normal del material, (centro) una tira torcida del material rígido que sostiene su nueva forma, y ​​(derecha) una demostración de la resistencia del material (Crédito: Christopher Gannon)

Generalmente se piensa que el caucho y el metal se sientan en los extremos opuestos del espectro de rigidez, pero un nuevo material compuesto desarrollado en la Universidad Estatal de Iowa podría cambiar de la flexibilidad del primero a la rigidez del último después de ser doblado, torcido o apretado.

Para desarrollar el material, el equipo trabajó en "subenfriamiento", una técnica que permite que los metales permanezcan en estado líquido a temperaturas mucho más frías que cuando solían solidificarse. Algunos de los mismos investigadores del Estado de Iowa previamente experimentaron con el material como una alternativa a la soldadura sin calor.

En la nueva investigación, el equipo expuso por primera vez gotitas de metal fundido al oxígeno, creando una envoltura oxidada alrededor de ellas que las mantiene en forma líquida. Estas pequeñas burbujas de metales subenfriados luego se mezclan suavemente en un material elastómero.

Esas burbujas se romperán cuando la goma en la que están incrustados se flexione, doble, retuerza, apriete o se someta a cualquier otro tipo de presión mecánica. El metal líquido fluye y se fusiona, endureciéndose para formar una especie de malla metálica dentro de la goma. En sus pruebas de laboratorio, los investigadores encontraron que el material se endurecería hasta en un 300 por ciento, permitiéndole soportar hasta 50 veces su propio peso.

"Un dispositivo con este material puede flexionar hasta una cierta cantidad de carga", dice Michael Bartlett, coautor del estudio. "Pero si continúas estresándolo, el elastómero se pondrá rígido y detendrá o ralentizará estas fuerzas".

A juzgar por la técnica, suena como una calle de sentido único. Una vez que es metálico y duro, no es probable que el material vuelva a su estado original de goma. Otros materiales de cambio de rigidez inducidos por el estrés no son tan permanentes, como el desarrollado el año pasado en la Universidad de Michigan que usaba una geometría de superficie única de puntales y bisagras.

Es posible que su rigidez no sea reversible, pero el nuevo material aún tendría muchas aplicaciones. Los investigadores dicen que podría usarse para proteger sensores vitales o componentes de robots blandos o dispositivos electrónicos portátiles, o para soportar tejidos delicados en usos biológicos.

Dado que no necesariamente se necesita una goma que se convierta en metal al estornudar, los investigadores dicen que el material podría ajustarse para resistir una cierta cantidad de estrés y solo endurecerse después de cruzar un umbral establecido. Este tipo de ajuste podría realizarse cambiando el metal dentro de las partículas (actualmente una aleación de bismuto, indio y estaño), usando partículas de diferentes tamaños o cambiando el material blando que las rodea.

La investigación fue publicada en la revista Materials Horizons .

Fuente: Universidad Estatal de Iowa

Los investigadores detrás del nuevo material, desde la izquierda: Boyce Chang, Martin Thuo, Michael Bartlett y Ravi Tutika (Crédito: Christopher Gannon)

Ejemplos del nuevo material que pasa del caucho al metal bajo tensión: (izquierda) una tira normal del material, (centro) una tira torcida del material rígido que sostiene su nueva forma, y ​​(derecha) una demostración de la resistencia del material (Crédito: Christopher Gannon)

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