Una microrretícula o microlámina metálica es un material metálico poroso sintético compuesto por una espuma metálica ultraligera. Con una densidad tan baja como 0,99 mg/cm3, es uno de los materiales estructurales más ligeros conocidos por la ciencia. Fue desarrollado por un equipo de científicos de los Laboratorios HRL, con sede en California, en colaboración con investigadores de la Universidad de California, Irvine y Caltech, y se anunció por primera vez en noviembre de 2011. Las muestras prototipo se fabricaron con una aleación de níquel y fósforo. En 2012, el prototipo de microlámina fue declarado una de las 10 innovaciones que cambiarán el mundo por la revista Popular Mechanics. La tecnología de microláminas metálicas tiene numerosas aplicaciones potenciales en la ingeniería automotriz y aeronáutica. Un estudio comparativo detallado entre otros tipos de estructuras metálicas reticulares demostró que estas son beneficiosas para reducir el peso, pero costosas de fabricar. Síntesis
Para producir su microrred metálica, el equipo de HRL/UCI/Caltech preparó primero una plantilla de polímero utilizando una técnica basada en la formación de guías de onda autopropagadas. aunque se señaló que se pueden utilizar otros métodos para fabricar la plantilla. El proceso consistía en hacer pasar luz ultravioleta a través de una máscara perforada hacia un depósito de resina curable con luz ultravioleta. Se producía un «autocierre» de la luz, similar al de la fibra óptica, a medida que la resina se curaba bajo cada orificio de la máscara, formando una fina fibra de polímero a lo largo del recorrido de la luz. Mediante el uso de múltiples haces de luz, se podían interconectar múltiples fibras para formar una red.
El proceso era similar a la fotolitografía, ya que utilizaba una máscara bidimensional para definir la estructura inicial de la plantilla, pero difería en la velocidad de formación: mientras que la estereolitografía podía tardar horas en crear una estructura completa, el proceso de autoconformación de la guía de ondas permitía formar plantillas en 10-100 segundos. Así, este proceso permite crear rápidamente y de forma escalable grandes estructuras de celosía 3D independientes. A continuación, la plantilla se recubría con una fina capa de metal mediante niquelado químico y se grababa, obteniendo así una estructura metálica porosa periódica independiente. En el informe original, el metal utilizado para la microrred fue el níquel. Debido al proceso de electrodeposición, el 7 % del material estaba compuesto por átomos de fósforo disueltos y no presentaba precipitados.
Propiedades Una microlámina metálica está compuesta por una red de puntales huecos interconectados. En la muestra de microlámina menos densa descrita, cada puntal tiene un diámetro de unos 100 micrómetros y una pared de 100 nanómetros de grosor. La estructura completa está compuesta por un 99,99 % de aire en volumen. y, por convención, la masa de aire se excluye al calcular la densidad de la microlámina. Teniendo en cuenta la masa del aire intersticial, la densidad real de la estructura es de aproximadamente 2,1 mg/cm3 (2,1 kg/m3), lo que supone solo unas 1,76 veces la densidad del aire a 25 °C. Se dice que este material es 100 veces más ligero que el poliestireno expandido. Las microláminas también pueden ser 100 veces más resistentes que los polímeros normales.
Las microrredes metálicas se caracterizan por tener densidades muy bajas, con un récord en 2011 de 0,9 mg/cm3, uno de los valores más bajos de cualquier sólido conocido. El récord anterior de 1,0 mg/cm3 lo ostentaban los aerogeles de sílice, y se afirma que el aerografito tiene una densidad de 0,2 mg/cm3. Desde el punto de vista mecánico, estas microláminas se comportan de manera similar a los elastómeros y recuperan casi por completo su forma tras una compresión significativa. Esto les confiere una ventaja significativa con respecto a los aerogeles anteriores, que son sustancias frágiles similares al vidrio. Esta propiedad elastomérica de las microrredes metálicas también da como resultado una absorción eficaz de los impactos. Su módulo de Young E presenta una escala diferente, con la densidad ρ, E ~ ρ2, en comparación con E ~ ρ3 en los aerogeles y las espumas de nanotubos de carbono.
Aplicaciones Las microrredes metálicas pueden tener aplicaciones potenciales en aislantes térmicos y antivibratorios, como amortiguadores, y también pueden resultar útiles como electrodos de baterías y soportes catalíticos. Además, la capacidad de las microlámina para volver a su estado original después de ser comprimidas puede hacerlas adecuadas para su uso en dispositivos de almacenamiento de energía similares a resortes. Los fabricantes de automóviles y aeronáuticos están utilizando la tecnología de microláminas para desarrollar estructuras extremadamente ligeras y eficientes que combinan múltiples funciones, como el refuerzo estructural y la transferencia de calor, en componentes únicos para vehículos de alto rendimiento.
Materiales similares En 2008, investigadores de la Universidad de Toronto crearon un material similar pero más denso, compuesto por una capa de níquel nanocristalino electrodepositado sobre una estructura polimérica prototipada rápidamente. En 2012, investigadores alemanes crearon una espuma de carbono conocida como aerografita, con una densidad aún menor que la de una microrred metálica. En 2013, científicos chinos desarrollaron un aerogel a base de carbono que, según se afirmaba, era aún más ligero.
Las nanomallas, como las nanoestructuras basadas en tubos, son estructuras similares a menor escala.
Referencias
Enlaces externos Video of metallic microlattice undergoing compression via YouTube.
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