El material innovador es tan ligero como la espuma de poliestireno y tan estable como el acero

Nanomaterial como carbono

27 de enero de 2025 13:03
Robert Klatt

Un nuevo nanomaterial desarrollado con inteligencia artificial (IA) es mucho más estable que el acero y tan ligero como la espuma de poliestireno. El material como carbono se utilizará en aeroespacial para aumentar la estabilidad y reducir las emisiones de Co₂.

Toronto (Canadá). En muchas áreas, como la industria de la aviación, se requieren materiales que sean ligeros y estables al mismo tiempo. Los científicos de la Universidad de Toronto (Utoronto) han desarrollado un nuevo nanomaterial con inteligencia artificial (IA) que combina la facilidad de la espuma de poliestireno y la fuerza del acero.

“Los materiales de nanoarquitectura combinan formas de alto rendimiento, como se usan, por ejemplo, al construir puentes con triángulos al construir puentes. Esto utiliza el efecto de 'más pequeño' y alcanza algunas de las condiciones de peso de mayor resistencia y rigidez de todos los materiales conocidos. "

Como explican los investigadores, las formas de la cuadrícula y las geometrías que se han utilizado en su mayoría hasta ahora tienen bordes y esquinas afiladas. Esto conduce a tensiones dentro del material que conduce a descansos tempranos. Sin embargo, con la ayuda de IA, el problema de las colecciones de voltaje se puede procesar de manera eficiente.

Nanomateriales de las unidades más pequeñas

Los nanomateriales consisten en las unidades más pequeñas y repetitivas, que generalmente tienen un tamaño de solo unos pocos cientos de nanómetros. Estos bloques de construcción, de los cuales el grosor del cabello humano tiene más de cien seguidos, están dispuestos en nanoginters llamados.

Según la publicación en la revista especializada avanzada Materials, los científicos utilizaron un algoritmo del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) para optimizar estas complejas estructuras 3D. El algoritmo puede desarrollar la mejor forma posible para un nanomaterial que tiene tensiones mínimas y tiene una buena relación de peso de fuerza.

Nanomaterial de carbono de la impresora 3D

Cuando los investigadores habían construido la geometría óptima del nanomaterial de carbono con la ayuda de la IA, luego produjeron el material real con un patito 3D especial. El nanogitter optimizado hecho de carbono es dos veces más firme que los diseños anteriores y puede soportar una presión cinco veces mayor del titanio.

“Esta es la primera vez que el aprendizaje automático se usa para optimizar los materiales nanoarquitectónicos, y nos sorprendió las mejoras. El algoritmo no solo replicó geometrías exitosas de los datos de capacitación, sino que también aprendió qué cambios en los formularios funcionaron y cuáles no, y pudo predecir geometrías de rejilla completamente nuevas. "

Componentes para aeroespacial

Los científicos esperan que el nuevo material se utilice para el desarrollo de componentes ultraligeros para aeroespaciales en el futuro. Esto puede aumentar tanto el rendimiento como reducir las emisiones de Co₂.

"Por ejemplo, si reemplaza los componentes de titanio en un avión con este material, podría ahorrar 80 litros de combustible por kilogramo del material reemplazado por año".

En el próximo tiempo, los investigadores se centran en mejorar la producción del nanomaterial para que la construcción de componentes más grandes sea económico. También quieren investigar si hay arquitecturas materiales con una densidad aún menor y una estabilidad aún mayor.

Materiales avanzados, doi: 10.1002/ADMA.202410651