Investigadors de l’Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT) han produït un dels materials més forts i lleugers coneguts per la compressió i fusió d’escates de grafè, una forma bidimensional de carboni. La seva densitat calculada era només el 5% de la densitat de l’acer amb un desè augment de la seva resistència. El treball corresponent es va publicar a la revista Science Advances.
En la seva forma original, el grafè es considera el més fort de tots els materials coneguts i els seus estudis teòrics van començar a finals dels anys quaranta del segle passat. Es tracta del primer cristall bidimensional del món obtingut per Andrey Geim i Konstantin Novoselov el 2004 a partir de les pel·lícules de grafit més fines sobre un substrat de silici oxidat. Per aquest assoliment, van rebre el premi Nobel de física sis anys després.
Des de la creació del grafè, s’han desenvolupat mètodes per a la seva producció a escala industrial. En aquest sentit, ja s’han aconseguit alguns progressos, però encara no s’ha pogut transformar amb èxit en una forma tridimensional eficaç: es van perdre importants propietats d’aquest material excepcional i la seva força va ser diversos ordres de magnitud inferior a la prevista.
Per solucionar aquest problema, els enginyers del MIT es van centrar en la configuració geomètrica necessària del grafè massiu. Van analitzar el seu comportament fins al nivell atòmic i després van utilitzar les dades obtingudes per crear un model matemàtic i una simulació per ordinador. Les conclusions finals van coincidir exactament amb les observacions experimentals, que inicialment es van dur a terme amb models augmentats mil vegades a partir d'altres materials, impresos en una impressora 3D d'alta resolució.
Segons Markus Buehler, cap d’enginyeria civil i ambiental del MIT, els materials 2D no solen ser molt útils per crear objectes 3D que es puguin utilitzar en la construcció d’edificis. Però la modelització per ordinador va permetre superar aquest problema i la geometria es va convertir en el factor determinant de l'èxit.
Com a resultat, els investigadors van ser capaços de crear un material porós resistent i estable comprimint i escalfant petits flocs de grafè. La seva estructura, que recorda alguns coralls i diatomees microscòpiques, té una superfície enorme en relació amb el volum. Es coneix com a giroide: una forma contínua que es repeteix amb una superfície mínima periòdica triple, descrita per Alan Schoen de la NASA el 1970.
"Els resultats mostren que l'aspecte crucial de les noves formes tridimensionals té més a veure amb la seva configuració geomètrica inusual que amb el propi material", va assenyalar al MIT.
Segons els enginyers de l'institut, aquesta geometria es pot aplicar fins i tot a materials estructurals a gran escala en la construcció, com el formigó. I aquesta estructura porosa no només proporcionarà una major resistència, sinó també un bon aïllament tèrmic gràcies a l’aire que hi ha al seu interior.
"Podeu utilitzar grafè real com a material o aplicar la geometria que hem descobert en combinació amb altres materials, com polímers o metalls", va concloure Markus Buehler.
