Desarrollan laminado que cambia de color tan pronto como se deforma el material

Investigadores de ETH Zurich han desarrollado un nuevo tipo de laminado que cambia de color tan pronto como se deforma el material.

De esta manera, los investigadores de materiales pueden matar dos pájaros de un tiro: un material compuesto ligero que se inspecciona a sí mismo.

La construcción liviana se ha abierto camino en muchas áreas, especialmente en la fabricación de automóviles, la construcción naval y la construcción de aviones.

Además de los metales ligeros tradicionales como el aluminio, el magnesio o el titanio, las aplicaciones de carga incluyen cada vez más materiales compuestos.

Esto está impulsando una necesidad simultánea de desarrollar nuevas técnicas y métodos para la detección temprana de daños o incluso la posible falla de materiales tan poco estudiados.

Investigadores del Grupo de Materiales Complejos en ETH Zurich, trabajando en colaboración con investigadores de la Universidad de Friburgo, ahora han adoptado un enfoque que recientemente ha llamado la atención en la investigación de materiales:

Han creado un material liviano que usa un cambio de color para indicar deformación interna. y por lo tanto posible falla del material en una etapa temprana.

Compuesto por capas individuales, su laminado es translúcido, resistente a roturas y, sin embargo, muy ligero.

El laminado está compuesto por capas alternas de un polímero plástico y nácar artificial.

Este último es una especialidad del Laboratorio de Materiales Complejos y se basa en el ejemplo biológico de la concha de mejillón.

Se compone de innumerables laminillas de vidrio dispuestas en paralelo, que se compactan, sinterizan y solidifican mediante una resina polimérica.

Esto lo hace extremadamente duro y resistente a las roturas.

La segunda capa consiste en un polímero al que los investigadores agregaron una molécula indicadora sintetizada específicamente para esta aplicación en la Universidad de Friburgo.

La molécula se activa tan pronto como el polímero experimenta fuerzas de estiramiento, y esto cambia su fluorescencia.

Cuanto más se estira el material y más se activan estas moléculas, más intensa se vuelve la fluorescencia.

“Usamos moléculas fluorescentes porque se puede medir muy bien el aumento de la fluorescencia y no se tiene que depender de la percepción subjetiva“, dice Tommaso Magrini, autor principal del estudio.

El sistema también podría haberse configurado para producir un cambio de color que fuera directamente perceptible desde el exterior.

Pero: “La percepción de los colores es subjetiva y es difícil sacar conclusiones sobre los cambios en el material”, dice Magrini.

Con la ayuda de la fluorescencia, los investigadores ahora pueden identificar áreas sobrecargadas dentro del material compuesto incluso antes de que se formen las fracturas.

Esto permite la detección temprana de áreas vulnerables en una estructura antes de que ocurra una falla catastrófica.

Una posible aplicación del nuevo laminado es en componentes de las estructuras de carga que se encuentran en edificios, aviones o vehículos, donde es esencial detectar su falla en una etapa temprana.

Sin embargo, queda por ver si el material se puede producir a escala industrial y cómo.

Hasta ahora, existe solo a escala de laboratorio como prueba de concepto.

Fuente: ACS Applied Materials and Interfaces