Los materiales de autodetección inspirados en la naturaleza podrían conducir a nuevos avances en ingeniería

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Diseño y fabricación de estructuras celulares aleatorias de polipropileno/nanotubos de carbono de pared múltiple (PPR/MWCNT): modelos CAD e imágenes de abrazaderas PPR/MWCNT fabricadas adicionalmente con 6 % en peso de nanotubos de carbono (CNT) y 30 % de densidad relativa. crédito: materiales de ingenieria avanzada (2022). DOI: 10.1002 / adem.202200194

Las formas celulares de los materiales naturales son la inspiración detrás de un material arquitectónico inteligente, liviano e impreso en 3D desarrollado por un equipo internacional de ingenieros.


El equipo, dirigido por ingenieros de la Universidad de Glasgow, mezcló una forma común de plástico sintético con nanotubos de carbono para crear un material que es más fuerte, resistente e inteligente que los materiales convencionales similares.

Los nanotubos también permiten que los plásticos no conductores transporten carga eléctrica en toda su estructura. Cuando la estructura se somete a cargas mecánicas, su resistencia eléctrica cambia. Este fenómeno, conocido como anafilaxia, otorga a la sustancia la capacidad de «sentir» su integridad estructural.

Utilizando tecnologías de impresión 3D avanzadas que brindan un alto nivel de control de diseño sobre estructuras impresas, han podido crear una serie de diseños complejos con una estructura porosa de tamaño mediano, lo que ayuda a reducir el peso total de cada diseño y aumentar el rendimiento mecánico.

Los diseños celulares del equipo son similares a los materiales porosos que se encuentran en mundo naturalAl igual que las colmenas, las esponjas y los huesos, son livianos pero fuertes.

Los investigadores creen que sus materiales celulares podrían encontrar nuevas aplicaciones en medicina, prótesis, diseño automotriz y aeroespacial, donde se necesitan sólidos de baja densidad con la capacidad de detectarse a sí mismos.

Él Investigar Disponible en línea como artículo de investigación preliminar en la revista materiales de ingenieria avanzada.

En el artículo, los investigadores describen cómo investigaron la absorción de energía y las propiedades de autodetección de tres diseños diferentes de nanoingeniería que imprimieron con su material personalizado, que está hecho de polipropileno polimérico aleatorio y nanotubos de carbono de paredes múltiples.

De los tres diseños probados, encontraron que uno demostró la combinación más efectiva de rendimiento mecánico y capacidad de autodetección: un «panel de malla en forma de cubo», que presentaba láminas planas apretadas.

La estructura reticular, cuando se somete a una tensión monótona, muestra una capacidad de absorción de energía comparable a la de las espumas de níquel de la misma densidad relativa. También superó a varios otros materiales convencionales de la misma densidad.

La investigación fue dirigida por el Dr.

El Dr. Kumar dijo: «La naturaleza tiene mucho que enseñar a los ingenieros sobre cómo equilibrar las propiedades y la estructura para crear materiales livianos y de alto rendimiento. Nos hemos inspirado en estas formas para desarrollar nuestros nuevos materiales celulares, que ofrecen ventajas únicas sobre sus tradicionalmente producido contrapartes y pueden ajustarse finamente para manipular sus propiedades físicas «.

«El copolímero aleatorio de polipropileno que seleccionamos ofrece una procesabilidad mejorada, una mejor resistencia a la temperatura, una mejor consistencia del producto y una mejor resistencia al impacto. Los nanotubos de carbono ayudan a que sean mecánicamente fuertes al mismo tiempo que imparten conductividad eléctrica. Podemos elegir el grado de porosidad en el el diseño y diseñar ingeniería de porosidad para mejorar las propiedades mecánicas del bloque.

«Estos materiales de autodetección ligeros y más resistentes tienen un gran potencial para aplicaciones prácticas. Podrían ayudar a fabricar carrocerías de automóviles más ligeras y eficientes, por ejemplo, o soportes traseros para personas con problemas como la escoliosis que no reciben. Óptimo Incluso se pueden usar para crear nuevas formas de electrodos diseñados para baterías”.

El artículo del equipo, «Multifuncionalidad de las redes de autosensores de nanoingeniería habilitadas por la fabricación aditiva» se publicó en materiales de ingenieria avanzada.


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más información:
Jaber Obeid et al., Multifuncionalidad de las sinapsis autosensoras diseñadas con nanotecnología habilitadas por la fabricación aditiva, materiales de ingenieria avanzada (2022). DOI: 10.1002 / adem.202200194

Introducción de
Universidad de Glasgow

La frase: Los materiales de autodetección inspirados en la naturaleza podrían conducir a nuevos avances en ingeniería (10 de mayo de 2022) Recuperado el 10 de mayo de 2022 de https://phys.org/news/2022-05-nature-inspired-self-sensing- materiales lenguaje de programación

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