Investigadores espa?oles hacen un material 10 veces m¨¢s resistente que el acero

Investigadores de la Universidad Polit¨¦cnica de Madrid y del Instituto de Ciencia de Materiales de Arag¨®n han creado un supermaterial capaz de soportar una tensi¨®n de rotura de 4.500 megapascales (MPa). Esta resistencia del nuevo compuesto, que ser¨¢ dado a conocer en la revista cient¨ªfica Advanced Materials, resulta extraordinaria, pues supone 10 veces la del acero convencional de construcci¨®n, que aguanta 400 MPa, y el doble que el mejor acero ultrarresistente que se utiliza para los puentes colgantes, que llega a 2.000 MPa. Pero es que, adem¨¢s, ensayos anteriores realizados con otros materiales muy similares hacen prever a sus creadores que este compuesto mantendr¨¢ tambi¨¦n estas propiedades a temperaturas cercanas a los 1.600 grados, cuando el acero deja de servir a m¨¢s de 700. Es m¨¢s, seg¨²n asegura Javier Llorca, catedr¨¢tico del Departamento de Ciencia de Materiales de la Escuela de Ingenieros de Caminos, la m¨¢xima temperatura de trabajo para los materiales estructurales hoy d¨ªa se sit¨²a en los 1.200 grados de las superaleaciones de n¨ªquel.

"Nosotros nos dedicamos a romper cosas", detalla Llorca en su laboratorio, rodeado de fieltros cer¨¢micos para chalecos antibalas, trozos reventados de blindaje de carros de combate o ca?ones bal¨ªsticos que lanzan proyectiles a un kil¨®metro por segundo contra superficies que luego se usar¨¢n en aviones. "As¨ª estudiamos su comportamiento y podemos cambiar su estructura para mejorar sus propiedades", especifica junto a un horno de alta temperatura. Como explica este ingeniero, el nuevo compuesto tiene otra virtud y es que est¨¢ formado por una mezcla de ¨®xidos: al¨²mina, circona y YAG. Esto lo convierte en muy duradero, pues no se oxida en procesos de combusti¨®n y aguanta, por tanto, mejor la corrosi¨®n.

Peque?o y resistente

Para crear este supermaterial, los investigadores han seguido uno de los principios de la nanotecnolog¨ªa: "Lo peque?o nos hace m¨¢s resistentes". Como recalca Jos¨¦ Ignacio Pastor, otro de ellos, las propiedades de los materiales cambian al trocearlos y, como ocurre con los ¨®xidos empleados, se pueden volver mucho m¨¢s fuertes a la tensi¨®n de rotura. El nuevo material desarrollado es una mezcla de cristales de un centenar de nan¨®metros de secci¨®n, lo que equivale a una cent¨¦sima parte del di¨¢metro de un cabello humano. Los ensayos han demostrado, de momento, una resistencia de 4.500 MPa a temperatura ambiente y es ahora cuando deber¨¢n comenzar las pruebas a alta temperatura.

La confirmaci¨®n de estos resultados en este nuevo material nanoeut¨¦ctico, que ha supuesto 10 a?os de trabajo conjunto en Madrid y Zaragoza, resultar¨ªa sumamente interesante para la generaci¨®n de energ¨ªa y para los motores de combusti¨®n. Como indica Llorca, cuando una central t¨¦rmica calienta agua para generar vapor que luego mueva una turbina, en realidad pierde mucha energ¨ªa en el proceso. "El rendimiento en la transformaci¨®n de calor en energ¨ªa mec¨¢nica es muy malo y no supera el 50% en una central el¨¦ctrica; esto quiere decir que en una instalaci¨®n de 10 megavatios, se generan 10 megavatios y otros 10 se echan al r¨ªo con el sistema de refrigeraci¨®n", explica. Lo mismo ocurre en el motor de un coche, en el que se transforma en energ¨ªa mec¨¢nica s¨®lo una cuarta parte de cada litro de carburante que se echa al dep¨®sito y el resto se malgasta en forma de p¨¦rdidas de calor. "La clave para mejorar estos rendimientos consiste en aumentar la m¨¢xima temperatura de trabajo y para eso se necesitan una nueva generaci¨®n de materiales que aguanten temperaturas extremas, como estos 1.600 grados", especifica Pastor. De esta forma, tambi¨¦n se emiten menos contaminantes, ya que al incrementar la temperatura se queman mejor todos los residuos de la combusti¨®n.

"Existen dos formas de obtener energ¨ªa no contaminante, una son las fuentes renovables, pero la otra pasa por el desarrollo de esta nueva generaci¨®n de materiales que sea mucho m¨¢s resistente a temperaturas extremas", subraya Llorca, quien explica que el grupo dirigido por el profesor de investigaci¨®n V¨ªctor Orera, del Instituto de Ciencia de Materiales de Arag¨®n (CSIC-Universidad de Zaragoza), se ha encargado de su fabricaci¨®n y caracterizaci¨®n microestructural y el laboratorio de la Polit¨¦cnica de Madrid de su caracterizaci¨®n mec¨¢nica. El crecimiento de los cristales compuestos de circona, al¨²mina y YAG se realiza por medio de una t¨¦cnica de fusi¨®n por l¨¢ser, consistente en concentrar mucha energ¨ªa en una peque?a preforma con la composici¨®n exacta del material. "El siguiente paso ser¨¢ ya su producci¨®n a escala industrial", comenta el ingeniero. En principio, los ¨®xidos b¨¢sicos no son caros, por lo que los investigadores consideran que su precio no tendr¨ªa que ser mayor a otros compuestos fabricados hoy d¨ªa.