Impresión 3D a nanoescala produce objetos metálicos sorprendentemente fuertes

Investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) han desarrollado una innovadora técnica de fabricación para imprimir en 3D objetos metálicos a nanoescala, con dimensiones tan pequeñas como 150 nanómetros (comparable al tamaño de un virus de la gripe).

Esta innovación se basa en su trabajo anterior de imprimir piezas metálicas de tamaño micro con características tan delgadas como tres o cuatro hojas de papel.

Lo que distingue a este desarrollo es que las disposiciones atómicas dentro de estos objetos metálicos de tamaño nanométrico están desordenadas, lo que, a mayor escala, normalmente los haría débiles y de baja calidad.

Sin embargo, a nanoescala, este desorden a nivel atómico en realidad hace que las partes sean de tres a cinco veces más fuertes que estructuras similares con disposiciones atómicas más ordenadas.

El proceso comienza creando un “cóctel” fotosensible compuesto principalmente por un hidrogel, un polímero capaz de absorber varias veces su peso en agua.

Esta mezcla se endurece selectivamente con un láser para formar un andamio 3D que refleja las formas de los objetos metálicos deseados, como pequeños pilares y nanorrejillas.

Luego, las partes del hidrogel se infunden con una solución que contiene iones de níquel, seguido de un horneado para quemar el hidrogel, dejando atrás iones metálicos ahora oxidados y unidos a átomos de oxígeno.

En el paso final, los átomos de oxígeno se eliminan químicamente, convirtiendo el óxido metálico nuevamente en su forma metálica.

Este proceso crea una microestructura desordenada y llena de defectos que, contraintuitivamente, fortalece las partes a nanoescala.

En los metales típicos, los defectos debilitan el material, pero en estas estructuras nanométricas, los defectos interrumpen la propagación del fallo, haciéndolos más resistentes.

Las aplicaciones de esta técnica de impresión 3D a nanoescala son diversas, incluidos catalizadores para hidrógeno, electrodos de almacenamiento para productos químicos como el amoníaco libre de carbono y componentes esenciales para dispositivos como sensores y microrobots.

Representa una de las primeras demostraciones de impresión 3D de estructuras metálicas a una escala tan pequeña, y ofrece una vía prometedora para crear componentes a nanoescala robustos y funcionales.

Este enfoque innovador desafía las nociones convencionales sobre la relación entre la estructura a nivel atómico y la resistencia del material, abriendo nuevas posibilidades para diseñar y fabricar materiales y dispositivos avanzados.

Fuente: Phys.org