Compuestos aeroespaciales: Impulsando la ingeniería aeronáutica
Por Jeremy Cook
Los materiales nuevos y mejorados están revolucionando 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.
Compuestos aeroespaciales: Fibra de carbono, nanotubos y grafeno
La fibra de carbono fue construida por primera vez en el siglo XIX para su uso en filamentos de bombillas, utilizando materiales como bambú y algodón. No fue hasta mediados del siglo XX que los investigadores exploraron este material como un posible elemento estructural.
Hoy en día, la mayoría de la fibra de carbono se fabrica a partir de poliacrilonitrilo. Estas diminutas fibras individuales se unen con la ayuda de un aglutinante plástico para formar un material extremadamente fuerte y liviano. El ahorro de peso logrado con los materiales de fibra de carbono significa un menor consumo de combustible para los cohetes que alcanzan el espacio, los aviones en vuelo e incluso tu próximo paseo en bicicleta.
Podemos considerar otros compuestos aeroespaciales, nanotubos de carbono, grafeno y buckminsterfulereno como la próxima evolución en la tecnología de materiales de carbono. Cada uno de estos materiales consiste únicamente en átomos de carbono unidos con tres de sus vecinos atómicos.
- Nanotubos de carbono: átomos de carbono enrollados en tubos moleculares que se asemejan a cables extremadamente pequeños—o incluso bolas de pelo—cuando se combinan, formando un material extremadamente fuerte.
- Grafeno: átomos de carbono unidos entre sí y dispuestos en láminas (no enrollados en tubos). El grafeno es el material más fuerte jamás probado, con varias propiedades interesantes que pueden hacerlo adecuado para el almacenamiento de energía.
- Buckminsterfullerene: átomos de carbono envueltos en una esfera (60 átomos de carbono, o C60). Aunque quizás menos explorado para usos aeroespaciales que otras moléculas a base de carbono mencionadas aquí, los investigadores podrían encontrar importantes aplicaciones para él en el futuro.
Aerogel para aeroespacial y defensa
Samuel Stephens Kistler creó el aerogel en 1931 al eliminar el líquido de una gelatina. La sustancia sólida resultante es mayormente aire. El aerogel moderno a menudo se forma a partir de silicio, eliminando moléculas de líquido para crear una sustancia extremadamente porosa que puede ser más del 99% aire por volumen.
Debido a su construcción como aire “estacionario”, el aerogel es un aislante fantástico. Su conductividad térmica puede ser menor que la del gas que contiene, gracias a la alta porosidad del aerogel y al Efecto Knudsen, que restringe el movimiento molecular y, por lo tanto, la transferencia de energía térmica. Esta porosidad también hace que el aerogel sea hidrofílico y capaz de absorber una gran cantidad de humedad. Sin embargo, los aditivos pueden hacerlo resistente al agua.
Estas propiedades hacen del aerogel un material fantástico con una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluido por la NASA. En su forma cruda, puede ser bastante frágil y, sin duda, es un material exótico, pero se ha utilizado en aplicaciones más terrestres donde se requiere un aislamiento extremo en un volumen mínimo.
Impresión 3D de metal, tratamiento térmico avanzado, compuestos aeroespaciales y más allá
A lo largo de la historia, los avances en el trabajo con metales han impulsado a la sociedad hacia adelante. Aunque no es un material nuevo en sí, la capacidad de imprimir metales en 3D nos permite formar formas que antes habrían sido imposibles. Considere que la impresión 3D se utiliza ampliamente en la construcción de cohetes.
Complementario a la impresión 3D, la forma en que los metales se calientan y enfrían para mejorar sus propiedades sin duda seguirá siendo utilizada 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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