Por Jeremy Cook
Nuevos y mejorados materiales están causando una revolución en el mundo de la ingeniería aeroespacial. En este artículo, exploraremos algunos de los nuevos materiales compuestos que nos permiten llegar a Marte y más allá.
Materiales compuestos para la industria aeroespacial: fibra de carbono, nanotubos y grafeno
La fibra de carbono se fabricó por primera vez en el siglo XIX para su uso en filamentos de ampolletas, mediante el uso de materiales como bambú y algodón. No fue hasta la mitad del siglo XX que los investigadores exploraron este material como un elemento potencialmente estructural.
Hoy en día, la mayoría de la fibra de carbono se fabrica con poliacrilonitrilo. Estas pequeñas fibras individuales se unen con la ayuda de un aglutinante plástico para dar forma a un material muy resistente y liviano. El menor peso que se logra con materiales de fibra de carbono se traduce en un menor consumo de combustible de cohetes que se envían al espacio, aviones e incluso de las nuevas motocicletas.
Podemos considerar otros compuestos aeroespaciales, nanotubos de carbono, grafeno y buckminsterfullereno, como la siguiente evolución en tecnología de material de carbono. Cada uno de estos materiales se compone solo de átomos de carbono unidos con tres de sus vecinos atómicos.
- Nanotubos de carbono: átomos de carbono envueltos en tubos moleculares similares a cables muy pequeños (o incluso bolas de pelo) cuando se combinan, que dan forma a un material muy resistente.
- Grafeno: átomos de carbono unidos y dispuestos en láminas (no envueltos en tubos). El grafeno es el material más resistente que se haya probado, con varias propiedades interesantes que lo hacen adecuado para almacenamiento de energía.
- Buckminsterfullereno: átomos de carbono envueltos en una bola (60 átomos de carbono o C60). Si bien, quizás es menos explorado para usos aeroespaciales que otras moléculas basadas en carbono que se indican aquí, investigadores pueden encontrar usos importantes para él en el futuro.
Aerogel para la industria aeroespacial y de defensa
Samuel Stephens Kistler creó el aerogel en 1931 al quitar el líquido de una gelatina. La sustancia sólida resultante es principalmente aire. El aerogel moderno normalmente se forma con silicona, quitando las moléculas de líquido para crear una sustancia muy porosa que puede tener más de 99 % de aire por volumen.
Debido a su fabricación como aire "estacionario", el aerogel es un aislante fantástico. La conductividad térmica puede ser menor que el gas que la contiene, gracias a la alta porosidad del aerogel y al efecto de Knudsen, que restringe el movimiento molecular y, de este modo, se transfiere energía térmica. Esta porosidad también hace que el aerogel sea hidrofílico y tenga la capacidad de absorber una gran cantidad de humedad. Sin embargo, aditivos pueden convertirlo en resistente al agua.
Estas propiedades hacen que el aerogel sea un material fantástico con una amplia gama de usos potenciales, entre los que se encuentran los que le puedan dar en la NASA. En su forma pura, puede ser frágil y sin dudas es algo exótico, pero se ha usado para más aplicaciones terrestres, donde se requiere aislamiento extremo dentro de un volumen mínimo.
Impresión 3D de metales, tratamiento avanzado con calor, compuestos aeroespaciales y mucho más
A lo largo de la historia, los avances en la metalurgia han impulsado avances en la sociedad. Si bien no es una materia prima per se, la capacidad de imprimir metales en 3D nos permite lograr formas que antes habrían sido imposibles. Considere que la impresión 3D se usa ampliamente en la fabricación de cohetes.
De manera complementaria a la impresión 3D, la manera en que se calientan y enfrían los metales para mejorar sus propiedades sin duda se seguirá usando en la ingeniería espacial y aeronáutica. Podemos esperar ver una amplia gama de nuevas piezas aeroespaciales fabricadas con metal, silicio y carbono que nos impulsarán hacia el futuro.
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