24.08.2021 - Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Los cambios de color indican deformaciones

La fluorescencia indica que hay partes sobrecargadas

Investigadores de la ETH de Zúrich han desarrollado un nuevo tipo de laminado que cambia de color en cuanto el material se deforma. De este modo, los investigadores de materiales pueden matar dos pájaros de un tiro: un material compuesto ligero que se inspecciona a sí mismo.

La construcción ligera se ha abierto paso en muchos ámbitos, 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 soporte de carga utilizan cada vez más materiales compuestos. Por ello, es necesario desarrollar nuevas técnicas y métodos para la detección precoz de daños o incluso de posibles fallos en estos materiales aún poco estudiados.

Investigadores del Grupo de Materiales Complejos de la ETH de Zúrich, en colaboración con investigadores de la Universidad de Friburgo, han adoptado un enfoque que recientemente ha llamado la atención en la investigación de materiales: han creado un material ligero que utiliza un cambio de color para indicar la deformación interna y, por tanto, el posible fallo del material en una fase temprana. Compuesto por capas individuales, su laminado es translúcido, resistente a la rotura y, sin embargo, muy ligero.

Nácar artificial combinado con polímero

El laminado está compuesto por capas alternas de un polímero plástico y nácar artificial o madreperla. Este último es una especialidad del Laboratorio de Materiales Complejos y se inspira en el ejemplo biológico de la concha del mejillón. Está formado por innumerables plaquetas de vidrio dispuestas en paralelo, que se compactan, sinterizan y solidifican con una resina polimérica. Esto hace que sea extremadamente duro y resistente a la rotura.

La segunda capa consiste en un polímero al que los investigadores añadieron una molécula indicadora sintetizada específicamente para esta aplicación en la Universidad de Friburgo. La molécula se activa en cuanto el polímero experimenta fuerzas de estiramiento, lo que modifica su fluorescencia. Cuanto más se estire el material y más se activen estas moléculas, más intensa será la fluorescencia.

La fluorescencia indica las partes sometidas a un esfuerzo excesivo

"Usamos moléculas fluorescentes porque se puede medir muy bien el aumento de la fluorescencia y no hay que depender de la percepción subjetiva", dice Tommaso Magrini, autor principal del estudio, publicado recientemente en la revista ACS Applied Materials and Interfaces. 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", afirma Magrini.

Con la ayuda de la fluorescencia, los investigadores pueden ahora identificar las zonas sobrecargadas dentro del material compuesto incluso antes de que se formen las fracturas. Esto permite detectar con antelación las zonas vulnerables de una estructura antes de que se produzca un fallo catastrófico. Una posible aplicación del novedoso laminado es en los componentes de las estructuras portantes de los edificios, los aviones o los vehículos, donde es esencial detectar su fallo en una fase temprana.

Sin embargo, queda por ver si el material puede producirse a escala industrial y cómo. Hasta ahora, sólo existe a escala de laboratorio como prueba de concepto.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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