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Crean placas de carbono de gran fortaleza y dureza a baja temperatura

WASHINGTON, 7 may (Xinhua) -- Un equipo internacional de investigación dirigido por científicos estadounidenses y chinos desarrolló placas de carbono de gran fortaleza y dureza que pueden fabricarse de modo económico a baja temperatura.

El equipo informó hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences que las placas que hicieron se cosen de forma química con plaquetas de carbón grafítico, similar al grafito encontrado en el plomo blando de un lápiz ordinario.

El proceso de fabricación resultó en un material cuyas propiedades mecánicas superan las de los compuestos de fibra de carbono que son utilizados actualmente en diversos productos comerciales.

"Estas placas podrán finalmente reemplazar los costosos compuestos de fibra de carbón que son utilizados para todo, desde aviones y cuerpos automotrices hasta hojas de molinos de viento y equipo de deportes", dijo Ray Baughman, profesor de química de la Universidad de Texas.

Los compuestos de fibra de carbono son costosos en parte porque la fibra de carbón es producida a temperaturas en extremo altas que pueden superar los 2.500 grados centígrados.

"En contraste, nuestro proceso puede utilizar grafito que es extraído de forma barata de la Tierra y procesado a temperaturas menores a los 45 grados centígrados", dijo Cheng Qunfeng, profesor de química de la Universidad Beihang de China.

De acuerdo con Cheng, el grafito consiste de plaquetas hechas de capas reforzadas de grafeno. El grafeno es una sola capa de átomos de carbono, arreglado en un patrón que parece malla de gallinero, en el que cada hexágono en la malla es formado por seis átomos de carbono.

Los investigadores se inspiraron en el nácar natural, también conocido como madreperla, que da a algunas conchas marinas su fortaleza y dureza.

"En lugar de placas de grafeno apiladas de forma mecánica en grandes áreas, oxidizamos las plaquetas de grafito con el tamaño de micras de modo que pueda dispersarse en el agua y luego filtrar esta dispersión para hacer de forma barata placas de óxido de grafeno orientado", dijo Baughman. "Este proceso es parecido a la elaboración de hojas de papel a mano mediante filtración de fibras de pasta".

"En este momento, las placas no son fuertes ni duras, lo que significa que no pueden utilizar mucha energía antes de romperse", dijo Baughman.

"El truco que utilizamos es coser las plaquetas en estas hojas con agentes de puente infiltrados de forma secuencial que interconectan plaquetas vecinas superpuestas, lo que convierte el óxido de grafeno oxidizado en grafeno", dijo Baughman.

La clave para este avance es que los agentes de puente actúan por separado mediante la formación de enlaces químicos covalentes y puentes de van der Waals, según Baughman.

"Aunque las hojas de costosos compuestos de fibra de carbono pueden ofrecer una fortaleza similar en todas las direcciones del plano de la hoja, la energía que pueden absorber antes de romperse es una tercera parte de la que absorben las placas de grafeno con puentes de forma secuencial", dijo Wan Sijie, estudiante de doctorado de la Universidad Beihang.

"Dado que nuestras hojas son fabricadas a bajas temperaturas, tienen bajo costo. Además de exhibir alta fortaleza, dureza y resistencia a la fatiga, las placas tienen alta conductividad eléctrica y pueden proteger de la radiación electromagnética", indicó Wan.