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Viernes, 11 octubre 2013
Ciencia de los Materiales

Cerámica capaz de doblarse sin romperse

Las cerámicas no son conocidas en absoluto como un material flexible; se rompen con facilidad cuando se las somete a presión. Pero un grupo internacional de científicos ha encontrado una solución para ese problema, al menos en el caso de los objetos muy pequeños.

Este grupo ha ideado un modo de fabricar objetos minúsculos de cerámica que no solo son flexibles, sino que también tienen "memoria" sobre su forma: Cuando se doblan y luego se calientan, regresan a sus formas originales.

El sorprendente descubrimiento es obra del equipo de Alan Lai y Christopher Schuh del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, así como Zehui Du y Chee Lip Gan de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur.

Los materiales con memoria de forma a los que se puede deformar y luego son capaces de recobrar su forma original por sí mismos, con o sin ayuda de un estímulo externo como por ejemplo un cambio de temperatura, son conocidos desde la década de 1950. Pero hasta ahora, todos los materiales con esta capacidad han sido esencialmente metales y algunos polímeros, nunca cerámicas.

El equipo de Lai logró desarrollar cerámicas con memoria de forma mediante dos estrategias decisivas. Primero, estos científicos crearon objetos de cerámica tan pequeños que son invisibles a simple vista. La razón de escoger un tamaño tan minúsculo es que los cuerpos pequeños son más resistentes a la ruptura.

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Al ser sometida a una carga, la estructura molecular del material cerámico estudiado por el grupo del MIT y la Universidad Tecnológica Nanyang se deforma en vez de quebrarse. Cuando se le calienta, recobra su forma original. Aunque ambas poseen la misma composición química, cada una de las configuraciones moleculares corresponde a un material distinto. Uno de estos materiales es la austenita y el otro la martensita. (Gráfico: Lai et al)

Luego, los investigadores trabajaron en la estructura cristalina del material, optimizándola para su resistencia a las grietas, lo que dio como resultado filamentos de cerámica que tienen un diámetro de solo 1 micrómetro y una deformabilidad que permite que se doblen un 7 por ciento (o sea una extensión equivalente a cerca del 7 por ciento de su tamaño) repetidas veces y sin ninguna ruptura.

La mayoría de las cosas no pueden deformarse más de un 1 por ciento, y de hecho la cerámica normal ni siquiera puede doblarse un 1 por ciento sin romperse.

Aunque un micrómetro es muy diminuto en nuestra vida cotidiana, su tamaño está en plena consonancia con los requerimientos del mundo de las microtecnologías y hasta con muchos de los propios de la nanotecnología.

Debido a esto último, los filamentos de cerámica como los recién desarrollados podrían ser de gran utilidad para artefactos de tamaño micrométrico y hasta nanométrico, como los destinados a aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, las cerámicas con memoria de forma podrían ser usadas como microaccionadores para ejecutar acciones dentro de tales dispositivos, como por ejemplo liberar fármacos desde implantes diminutos.

Comparados con los materiales usados hoy en día en microaccionadores, la fortaleza de los nuevos filamentos de cerámica les permitirá ejercer una fuerza muchísimo mayor en un microdispositivo.

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