Fabricación Aditiva. Additive Manufacturing

La Fabricación Aditiva (Additive Manufacturing) consiste en la sucesiva superposición  de capas micrométricas de material, normalmente en forma de polvo, hasta conseguir el objeto deseado.

Fuente: Hallmark Nameplate Inc.
http://m.tendencias21.net/La-Fabricacion-Aditiva-hacia-una-nueva-revolucion-industrial_a8558.html

La consolidación del material en cada una de las capas se consigue de manera distinta según la tecnología.

Los procesos de fabricación (Diseño Asistido por Computación (CAD) o softwares de Fabricación Asistida por Computador (CAM), así como autómatas y robots, la inspección de calidad mediante visión artificial, el control del avance de la producción en tiempo real (MES) o la modelización y recreación virtual de procesos y fábricas enteras con software de simulación (CAPE)), aunque asistidos por controles más avanzados siguen siendo mayormente tradicionales por arranque de material, por fundición o por inyección. 

Estos métodos se enfrentan a limitaciones, ya no de control sino físicas, como la imposibilidad de realizar taladros curvos, las colisiones de herramientas con la pieza de geometría compleja, o las restricciones de ángulos de desmoldeo, etc., que bloquean la creatividad y constituyen una barrera, muchas veces infranqueable, al desarrollo de nuevos productos de alto valor añadido o con nuevas funcionalidades. 

Llas tecnologías de Fabricación Aditiva permiten superar esas limitaciones y suponen una auténtica revolución respecto a los procesos tradicionales de fabricación al permitir fabricar por deposición controlada de material, capa a capa, aportando exclusivamente allí donde es necesario, hasta conseguir la geometría deseada, en lugar de arrancar material (mecanizado, troquelado,…), o conformar con ayuda de utillajes y moldes (fundición, inyección, plegado,…). 

Son diversas las técnicas de Fabricación Aditiva, como la estereolitografía o el sinterizado selectivo láser, que permiten obtener piezas desde un archivo CAD 3D, “imprimiéndolas” de forma totalmente controlada sobre una superficie. Por eso, también se han empleado otros términos para referirse a ellas, como e-manufacturing (fabricación electrónica), Direct Manufacturing (fabricación directa) o Additive Layer Manufacturing-ALM (fabricación aditiva por capas).

Las principales características que distinguen los procesos de fabricación aditiva de cualquier otro proceso tradicional y que le confieren grandes ventajas competitivas son:

1. •La complejidad geométrica que se debe conseguir no encarece el proceso. Características como la esbeltez, un vaciado interior, canales internos, los espesores variables, las formas irregulares e incluso la reproducción de la naturaleza (persiguiendo ergonomía, aerodinámica, hidrodinámica, entre otros) son retos que los métodos convencionales (sustractivos y conformativos) de fabricación no han resuelto más que con aproximaciones, ensamblajes o por medio de procesos de muy alto coste, y que para la Fabricación Aditiva son, en muchas ocasiones, propiedades muy poco relevantes a la hora de fabricar una pieza. 
2. •Con la Fabricación Aditiva, la personalización no encarece el proceso porque permite fabricar productos, sin penalizar el coste, independientemente de si se tiene que fabricar un determinado número de piezas iguales o todas distintas, lo que facilita la personalización, que es una de las principales tendencias actuales en el desarrollo de productos de alto valor añadido y uno de los paradigmas que persigue la industria en los países desarrollados al considerarlo clave para su sostenibilidad. 
3. •Fabricación competitiva de series cortas de productos. Dependiendo del número de piezas a fabricar se hace necesario estudiar a partir de qué cantidad de piezas es rentable fabricar tradicionalmente, por ejemplo a través de molde de inyección, o si por el contrario es más rentable producir las piezas por fabricación aditiva, donde se añade la ventaja de poder realizar modificaciones durante la vida del producto sin apenas coste adicional o parametrizar el producto y fabricarlo según necesidad, sin estar atado a un costoso molde (coste inicial, mantenimiento, almacenamiento,…). 

Estas características suponen un cambio radical en el proceso de diseño de los productos y permiten gran libertad creativa, así como la réplica exacta de modelos teóricos de ingeniería sin las aproximaciones que imponen los métodos sustractivos o conformativos, de forma que se podría afirmar que con la Fabricación Aditiva se puede fabricar cualquier objeto al alcance de la imaginación humana. Otra ventaja de la libertad geométrica que confieren estas tecnologías es la adaptación de los productos a la biomecánica humana, de forma que los diseños alcancen una mejor interacción con el usuario y se adapten no solo a unas tallas estándar, sino exactamente a las particularidades antropométricas de cada individuo, sin afectar a los costes de fabricación. 

Estos procesos de fabricación permiten integrar distintas geometrías y materiales en un mismo objeto para conseguir incluso que simultáneamente se fabrique un eje y su cojinete, un rodamiento, un muelle y su soporte, un tornillo y su corona, es decir, un mecanismo totalmente integrado en la pieza en la que deberá trabajar, sin necesidad de armados y ajustes posteriores. También permiten jugar con la porosidad de un mismo material o fabricar aportando simultáneamente varios materiales en un mismo sólido, superando así las limitaciones que imponen los procesos de tradicionales en la relación peso/resistencia mecánica, aportando nuevas funcionalidades y abaratando los costes de los materiales. 

Aunque existen actualmente limitaciones y retos tecnológicos que deben ser resueltos, el enorme potencial de las ventajas que la tecnología aporta al cambiar conceptualmente la forma de fabricar (de los sustractivo a lo aditivo), abre un mundo infinito de interesantísimas oportunidades de nuevos productos y modelos de negocio para el futuro. Conociendo la evolución que han tenido otras tecnologías en el pasado en poco tiempo, habrá que preguntarse hasta dónde llegará esta tecnología en los próximos años. 

Al igual que hoy en día es normal disponer de una impresora de papel en nuestras casas, ¿se llegará a disponer de impresoras 3D en las casas de nuestros hijos para que se fabriquen sus propios productos, que previamente han diseñado?, ¿qué interrelación surgirá con las redes sociales, donde un grupo colaborativo de profesionales o consumidores finales puedan concebir, diseñar y fabricar productos localmente bajo demanda, personalizados,…?, ¿nos encontramos ante un nuevo concepto de fabricación, la fábrica digital 2.0?

Los campos de aplicacion son muy diversos: la automoción, la aeronáutica, la joyería, el arte, el sector textil y el médico, pero también tiene un gran potencial en la industria de fabricación en general y en nuevos sectores económicos como el de los videojuegos. 

En  el campo de la biomedicina se destacan los biomodelos, para reproducir de manera exacta partes o la totalidad del cuerpo de un paciente, con el fin de que el cirujano pueda planificar una intervención quirúrgica compleja; los implantes artificiales personalizados de oído, dentales, prótesis articulares a medida (rodilla, hombro, cadera,…); instrumental quirúrgico y herramientas de ayuda en las intervenciones; y los “scaffolds”, que son estructuras porosas que propician el crecimiento de tejidos artificiales, como el óseo o el cartilaginoso, y que cada vez son más empleados en ingeniería tisular. La Fabricación Aditiva permite, en este caso fabricar estas estructuras con toda la complicación que se requiera, consiguiendo formas en 3D en las que el nuevo tejido se puede aproximar perfectamente a su forma final. 

Se extiende esta tecnología al campo aeronáutico, la Fórmula 1 (da respuesta a los requisitos de resistencia mecánica con reducción de peso, exigencias aerodinámicas y personalización de cada escudería), la joyería, arte, textil y mobiliario que aprovechan las ventajas de la Fabricación Aditiva en cuanto a la libertad absoluta para diseñar cualquier forma, por muy compleja que resulte, y a la rapidez en el rediseño

Para leer más ir a http://m.tendencias21.net/   www.cotec.es/

Armaduras biomiméticas basadas en biotecnología de arañas.

¿Es posible conseguir armaduras de protección balística que sumen a la acción mimética y que combinado con otros materiales como el grafeno o los aerogeles permitan mejorar el desarrollo de acciones policiales o militares?

Un grupo de investigadores de las universidades Complutense de Madrid (UCM), de Oslo (Noruega), y de Uppsala (Suecia) han presentado en la revista Nature la estructura tridimensional de una de las regiones -denominada ‘dominio N-Terminal’- de las proteínas que componen la seda, las espidroínas.

“El dominio N-Terminal regula el ensamblaje de las fibras de seda, de manera que previene la prematura agregación de la espidroína y dispara su polimerización cuando baja el pH en el extremo de la glándula Ampulácea (donde se sintetizan y secretan estas proteínas)”, explica a SINC Cristina Casals, catedrática de Bioquímica y Biología Molecular de la UCM y coautora del estudio.

Para realizar esta investigación los científicos han trabajado con la tela de la araña africana Euprosthenops australis. En el mismo número de Nature aparece otro trabajo basado en la seda de otra especie muy común en Europa, la araña de jardín Araneus diadematus, realizado por investigadores de la Universidad Técnica de Múnich, Universidad Bayreuth y el Instituto Max-Planck, en Alemania.

Este equipo se ha centrado en otra región de las proteínas de la seda, el dominio C-terminal, cuyo estado estructural actúa como un interruptor entre las formas de almacenamiento y de montaje de la proteína, en respuesta a estímulos químicos o mecánicos.

Las fibras de seda de araña son mucho más resistente que un cable de acero de similar grosor y muchísimo más elásticas, ya que puede estirarse hasta 135% de su longitud original sin romperse. Esta seda también es tres veces más resistente que las fibras sintéticas más avanzadas que hoy se conocen, y hasta ahora no se ha logrado producir nada parecido.

“La elevada elasticidad y la altísima resistencia a la tracción de la seda de araña natural no tienen parangón, ni siquiera con las fibras producidas a partir de proteínas de seda de araña pura”, expone el profesor Horst Kessler, de la Universidad Técnica de Múnich.

Hasta el mismo instante en que se forma la fibra de seda sólida, todos los procesos se desarrollan en la solución acuosa. En estas condicones el método utilizado para analizarla ha sido la espectroscopia mediante resonancia magnética nuclear, con el que el equipo alemán ha conseguido desentrañar la estructura de un ‘elemento de control’, cuyo papel es la formación de las fibras sólidas.

El grupo alemán ya está tratando de desarrollar una hileras artificiales, e intentan fabricar un dispositivo de hilado biomimético, dentro del marco de un proyecto conjunto desarrollado junto a socios industriales y patrocinado por el Gobierno Federal de Alemania.

Las aplicaciones potenciales de este compuesto que imite la seda de las arañas son incontables, desde su empleo como material de sutura quirúrgica reabsorbible, hasta su aprovechamiento como fibras técnicas en la industria de la automoción.

“La producción biotecnológica de las fibras, que son más fuertes que el acero y más elásticas que el nylon, tiene múltiples aplicaciones no solo a nivel industrial, sino también biomédicas. Fibras similares a la seda formadas por espidroína recombinante, generan un material biocompatible de gran utilidad en cultivos celulares y medicina regenerativa”, destaca Cristina Casals.

La investigadora reconoce que todavía no existe ningún material similar a las fibras de las arañas fabricado por el hombre, pero confía “en que pronto se podrá conseguir”.

Artículo original:

Glareh Askarieh, My Hedhammar, Kerstin Nordling, Alejandra Saenz, Cristina Casals, Anna Rising, Jan Johansson y Stefan D. Knight – “Self-assembly of spider silk proteins is controlled by a ph-sensitive relay”; y Franz Hagn, Lukas Eisoldt, John G. Hardy, Charlotte Vendrely, Murray Coles, Thomas Scheibel y Horst Kessler – “A conserved spider silk domain acts as a molecular switch that controls fibre assembly”. Nature 465: 236-242, 13 de mayo de 2010. Doi: 10.1038/nature08962 y 10.1038/nature08936.

Obtenido de www.ellibrepensador.com y la araña.

Biomimética. La nanocelulosa como aerogel.

Un campo emergente es el llamado biomimética, descrito por los científicos para denominar el estudio de los materiales que se inspiran en la naturaleza y adaptan los sistemas biológicos de plantas y animales para su uso en la medicina, la industria u otros campos

El  material de estudio se trata de una de las sustancias sólidas más ligeras del mundo, pero tan resistente y fuerte que si se emplearan menos de 500 gramos para construir un barco sería capaz de soportar 453 kilos -lo que pesan cinco frigoríficos- sin hundirse. El material se inspira en los secretos que permiten a algunos insectos caminar sobre el agua y, por si fuera poco, absorbe el aceite, por lo que podría ser muy eficaz en la limpieza de derrames de petróleo.

http://www.abc.es/20120326/ciencia/abci-crean-nuevo-material-insumergible-201203261153.html

Según Olli Ikkala, de la Universidad de Tecnología de Helsinki en Espoo (Finlandia), el nuevo material flotante, diseñado para imitar las patas largas y delgadas del insecto tejedor que camina sobre el agua, está hecho de un aerogel, compuesto por nanofibras de la celulosa en las plantas. Los aerogeles son tan ligeros que a algunos de ellos se les llama incluso «humo sólido». También tienen notables propiedades mecánicas y son flexibles.

«Estos materiales tienen propiedades realmente espectaculares y podrían ser utilizados de manera práctica», dice Ikkala. Las aplicaciones potenciales van desde la limpieza de los derrames de petróleo hasta la creación de productos tales como sensores para la detección de la contaminación ambiental, robots miniaturizados militares e incluso juguetes infantiles y flotadores prácticamente insumergibles.

El nuevo material contiene celulosa, que se compone de cadenas largas de la glucosa de azúcar unidas entre sí en un polímero, como un plástico natural. La celulosa da a la madera su fuerza notable y es el principal componente de los tallos, hojas y raíces de las plantas. Tradicionalmente, los principales usos comerciales de celulosa han sido en la producción de papel y textiles (algodón). Pero el desarrollo de una forma muy elaborada de celulosa, denominado nanocelulosa, ha ampliado las aplicaciones y ha provocado una intensa investigación científica. La nanocelulosa consta de las fibrillas de diámetros tan diminutos que 50.000 de ellas encajarían en el punto y aparte de esta frase.

Renovable y sostenible

Ikkala explica que la celulosa es el polímero más abundante en la Tierra, una materia prima renovable y sostenible que puede ser utilizada de muchas formas nuevas. Además, la nanocelulosa resulta prometedora. «Puede tener un gran valor para ayudar al mundo a adaptarse a materiales que no requieren de petróleo para la fabricación y su uso no influye en el suministro de alimentos o en los precios, como el maíz u otros cultivos», explica Ikkala.

En el desarrollo del nuevo material, el equipo de Ikkala convirtió la nanocelulosa en un aerogel. Los aerogeles se pueden hacer de una variedad de materiales y algunos son solo una pocas veces más densos que el mismo aire. Según una estimación, si el famoso David de Miguel Ángel estuviera hecho de aerogel en lugar de mármol, pesaría poco más de 2 kilos.

El equipo incorporó al aerogel de nanocelulosa características que permiten al tejedor de caminar sobre el agua. El material no es solo altamente flotante, sino que es capaz de absorber grandes cantidades de aceite, abriendo el camino para su posible uso en la limpieza de derrames de petróleo. El nuevo material podría flotar sobre la superficie, absorbiendo el aceite sin hundirse. Los operarios, a continuación, podrían rescatarlo y recuperar el aceite.

Para leer más ir a www.abc.es nanocelulosa como aerogel

Los materiales y la impresion 3D

Los materiales tienen una gran importancia en el uso de las impresoras 3D.

Campos tan diversos como la joyería, la automoción, el sector aeroespacial o el de la moda ya se están aprovechando de las posibilidades de la impresión 3D. Algunos proyectos que están sorprendiendo por su originalidad y aires de ciencia ficción: La impresión de células madre embrionarias.

Un grupo de investigadores de microingeniería biomédica de la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo ha sido capaz de obtener células madre del tamaño de una gota de agua con la ayuda de una máquina especial que las trata con tanto mimo que las mantiene vivas y conserva su capacidad para replicarse de forma indefinida y evolucionar en diferentes tipos de células. Esta técnica pionera abre la puerta al desarrollo de fármacos “in vitro” y a la realización de pruebas de toxicidad directamente sobre tejidos humanos pero sin poner la salud de una cobaya en riesgo. Aunque eso no es lo más increíble. Lo mejor de todo es que ya se piensa en imprimir estas células en el interior del cuerpo y en crear órganos 3D viables para su implantación médica a partir de una parte del propio paciente, lo que erradicaría la necesidad de esperar por un órgano compatible y evitaría asimismo el riesgo de trasplantes rechazados.

De momento, y a pesar de los adelantos de Organovo que cuenta con un equipo especializado en muestras de tejido hepático, los órganos que se han podido (re)crear mediante impresión en tres dimensiones tan sólo sirven para estudiar sobre réplicas exactas ciertas dolencias. Es el caso de los corazones sintéticos con los que trabajan los cardiólogos del Centro Médico Nacional para los Niños de Washington D.C. -vía The Washington Post- en simulacros que les permiten preparar a fondo operaciones complejas o la simulación de otras partes de la anatomía humana.

Se ha logrado implantar un tubo de plástico bioabsorbible a modo de “remiendo” en la tráquea de un bebé de 2 meses (Hospital Pediátrico C.S. Mott en Michigan, vía The New England Journal of Medicine), se ha diseñado una oreja funcional que percibe sonidos en las mismas frecuencias que sus pares humanas con la ayuda de una especie de antena (Universidad de Princeton en New Jersey, vía Nano Letters) y otra que cambia colágeno por cartílago (Universidad de Cornell en Ithaca, vía Plos One), se ha reemplazado la mandíbula de una mujer de 83 años por una artificial de titanio y biocerámica (LayerWise y la Universidad belga de Hasselt, vía BBC), se ha reconstruido el 75% del cráneo de un hombre estadounidense por otro de plástico impreso (creación de Oxford Performance Materials, vía Gizmodo) y se le ha devuelto su rostro al británico Eric Moger (operación comandada por el cirujano y odontólogo Andrew Dawood, vía The Telegraph).

Landscape House, el proyecto del arquitecto holandés Janjaap Ruijssenaars va camino de convertirse en el primer edificio del mundo impreso en 3D. Y no se trata de un inmueble simplón de líneas rectas, sino que se compone de dos plantas con formas redondeadas y espacios abiertos en el interior. El plan es reproducir con una máquina D-Shape y la intervención de su inventor, el italiano Enrico Dini, piezas individuales de 6 x 9 metros que combinan arena con aglutinante inorgánico. A partir de ahí, se irían juntando las impresiones y completando la estructura con hormigón reforzado con fibras.  Ruijssenaars, que es conocido  por trabajos anteriores igual de sorprendentes como una cama que levita gracias al magnetismo, se rodeará asimismo de la experiencia de su compatriota Rinus Roelofs, matemático y artista.

Así las cosas, parece que los límites no existen para la impresión en tres dimensiones. Durante los últimos tiempos se han esculpido con esta técnica bicicletas basadas en nailon, instrumentos musicales (que se pueden tocar), vajilla, comida para astronautas, geles comestibles y hasta carne, ropa de baño y calzado (zapatos de tacón incluidos), lentes para cámaras fotográficas, lámparas (que alumbran), armas (que, para bien o para mal, también funcionan), “miniyos” de facciones idénticas a las personas a las que imitan y robots capaces de moverse, por poner sólo algunos ejemplos de usos prácticos y alucinantes. 

Obtenido de www.siliconweek.es  impresion 3d

Aerogel.

Hollow Nanoframeworks (HNFs)

Procedures for making ultralow-density hollow nanoframeworks such as metallic microlattices and aerographites. Note these processes are pretty different from synthesis of classic aerogels.

Metal Oxide Aerogels

Methods for making various metal oxide aerogels including those of alumina, transition metal oxides, and lanthanide oxides.

Organic and Carbon Aerogels

Processes for synthesizing organic aerogels and for pyrolyzing them to make carbon aerogels.

Silica Aerogel

Recipes for making silica aerogel including by subcritical drying.

Una página interesante para leer sobre distintos tipos de aerogeles así como su obtención es http://www.aerogel.org/

Aerogeles de alúmina. Alumina Aerogels (Epoxide-Assisted)

Materials

• Aluminum chloride hexahydrate, AlCl₃•6H₂O
• Propylene oxide, C₃H₆O
• Absolute (200-proof) ethanol, C₂H₅OH
• Deionized water

Note: If your propylene oxide comes in a SureSeal® bottle from Aldrich or something like it (has a bottle cap with a diaphragm you have to puncture) you may also need

• Syringe with a Luer lock connection
• Needle with coring (sharp) tip, 18-22 gauge
• Nitrogen gas line with a small needle at the end to backfill bottle

Optional

• Epichlorohydrin
• Acetone

Aerografito o aerografita

Descubierto por un grupo de científicos alemanes, que aseguran su ductilidad, capacidad para conducir electricidad, resistencia a la acción del agua y niveles de compresión alta, entre otras cualidades.

El material es una matriz de tubos huecos de carbono que se cultivan en escalas nano y micro.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Hamburgo y la Universidad de Kiel encuentran el material más ligero del planeta: la aerografita.

http://www.extremetech.com/extreme/133056-aerographite-six-times-lighter-than-air-conductive-and-super-strong
http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/adma.201200491/asset/image_m/mcontent.gif?v=1&s=f1ea7b9b15b440153675c8fdae01e9d0a2367737

El material es una matriz de tubos huecos de carbono que se cultivan en escalas nano y micro. El material es principalmente -de hecho su composición es de 99.9% de aire- con un peso de 0.2 miligramos por centímetro cúbico.

“Buscábamos estructuras tridimensionales de carbono al instante de hacer el hallazgo”, puntualizó Karl Schulte, del Instituto de Materiales Compuestos de Hamburgo.

Es 5.000 veces menos denso que el agua y 6 veces más ligero que el propio aire.

Su composición se basa en una malla de tubos de carbono, cada uno de los cuales mide unos 15 nanómetros de diámetro, que se relacionan y entretejen a niveles de micro-escala. En cuanto a sus propiedades, ha demostrado ser capaz de conducir electricidad, es dúctil, de color negro azabache, impermeable y puede soportar niveles de compresión alta así como fuertes cargas de tracción.

De hecho, en las pruebas realizadas por los investigadores se ha comprimido a una trigésima parte de su tamaño original, obteniendo a la vez que se encogía mayor resistencia y conductividad. A posteriori puede recuperar su forma primigenia, sin observarse ningún daño en su estructura. También ha demostrado cargar hasta 40.000 veces su propio peso.



http://www.extremetech.com/extreme/133056-aerographite-six-times-lighter-than-air-conductive-and-super-strong
http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/adma.201200491/asset/image_m/mcontent.gif?v=1&s=f1ea7b9b15b440153675c8fdae01e9d0a2367737



“Piensa en el aerografito como una hiedra que se enrolla alrededor de un árbol. Y luego quita el árbol” de la ecuación, dice Rainer Adelung, profesor de la Universidad de Kiel. Los árboles en este caso serían cristales de óxido de zinc con forma de tabas de cuatro lados. Estos cristales se colocan en un horno y son recubiertos con una capa de carbono mediante deposición de vapor químico y, al mismo tiempo, se añade gas hidrógeno para que capture el oxígeno procedente del óxido de zinc. Como resultado, los restos de zinc se acumulan en el fondo del horno, dejando sólo el esqueleto exterior de carbono: la aerografita.

¿Y sus usos? Se habla de tres posibles direcciones: la construcción de baterías más ligeras, el desarrollo de “wearable computing” y la filtración, todo ello gracias a su poco peso y su área superficial relativamente grande.

Artículo original "Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance"Matthias Mecklenburg¹, Arnim Schuchardt², y otros.

Article first published online: 12 JUN 2012

DOI: 10.1002/adma.201200491

Para leer el artículo.  artículo original

Para saber más ir a www.extremetech.com aerographite      www.siliconweek.es y el aerografito 

Aerographites are ultralow density solids that resemble classical aerogels in many regards (in fact, by some definitions, aerographites are aerogels, simply produced by an unconventional process).  At their essence they are frameworks with hollow struts made of graphite deposited through chemical vapor deposition onto a template that disappears as the material is made.

Materials

• Zinc metal powder with a grain size of 1–5 μm
• Poly(vinyl butyral)
• High-temperature air furnace with minimum upper temperature of 1200°C
• High-temperature ceramic rings to serve as molds
• Multizone (two zones or greater) split-hinge (“clamshell”) tube furnace
• Quartz processing tube (this recipe used a tube with length = 1300 mm diameter = 110 mm, dependent on tube furnace size)
• A liquid feedstock injector for CVD furnaces (e.g., syringe pump attached to a injector nozzle)

Template Preparation

First, a template made from zinc oxide (ZnO) is prepared.  This will serve as the “evaporating template” upon which the aerographite will be formed.

1. Mix zinc (metal) powder with a grain size 1–5 μm is mixed with poly(vinyl butyral) powder in a mass ratio of 1 to 2.
2. Heat the zinc powder/poly(vinyl butyral) mixture in a furnace (in air) to a temperature of 900 °C at a rate of  60 °C min⁻¹ and hold for 30 min. This should produce a loose powder of ZnO tetrapods. Further synthesis methods and established recipes for the fabrication of ZnO structures can be found in Ozgur, et al. “A Comprehensive Review of ZnO Materials and Devices”, Journal of Applied Physics, 2005, 98, 041301, http://dx.doi.org/10.1063/1.1992666.
3. Compress the ZnO tetrapod powder to a density ranging from 0.15 g cm⁻³ to 0.8 g m⁻³.
4. Reheat the ZnO pellet for 3 to 4 h at 1200 °C in a ceramic rings (e.g., a ring with height = 10 mm and diameter = 15 mm) to fuse the tetrapods in the powder together.

Chemical Vapor Deposition of Aerographite Form

Chemical vapor deposition is next used to deposit the aerographite form over the template made in the previous section.  These details describe formation of a “basic” aerographite configuration, i.e., a hollow material with closed graphitic shells.

1. Place the ZnO template into the second zone (the “processing zone”) of the multizone clamshell tube furnace.
2. Heat the first zone of the furnace to 200 °C–this is the “injection zone”.
3. Heat the second the zone of the furnace to 760 °C.
4. Introduce a flow of 20 sccm (0.02 L min⁻¹) of argon at atmospheric pressure.
5. Begin injection of toluene at a rate of 5.5 mL h⁻¹.
6. Increase the flow of argon to 200 sccm and introduce a flow of 20 sccm hydrogen.
7. Discontinue injection of the toluene.
8. Turn off the flow of argon and increase the hydrogen to 600 sccm.
9. Wait 45 min.
10. Reintroduce a flow of 200 sccm argon and decrease the hydrogen to 20 sccm.
11. Continue injection of the toluene.
12. Wait 120 min.
13. Discontinue injection of the toluene, turn off the flow of argon, and increase the flow of hydrogen to 600 sccm.
14. Wait 20 min.
15. Introduce a flow of 600 sccm argon and turn the hydrogen off.  Turn the furnace off and wait for it to cool below 200 °C before removing samples.

Variables You Can Play With

For ultralow density hollow framework aerographite, use:

• A toluene injection rate of 2 mL h⁻¹ with 200 sccm Ar and 60 sccm H₂  at 760°C
• A 1-h post-treatment with no toluene injection under 90 sccm H₂ at 800 °C

Obtenido en aerographite

Material transparente, superhidrófugo y super oleófugo.

Los materiales hidrófugos (repelen el agua), no suelen ser oleófugos (repelen las grasas), y tampoco transparentes.

Sobre base de Si, arriba el agua moja y abajo no.

Ha aparecido un material con estas tres propiedades, que, además, se puede y es fácil de fabricar. El nuevo material está formado por un cristal transparente recubierto de una capa del hollín de una vela, un material poroso y a su vez recubierta por una fina capa de sílice de 25 nm (nanómetros).

Este material negro se vuelve transparente tras su calcinación a 600 ºC y mantiene su extraordinarias propiedades incluso tras ser atacado con granos de arena.

El artículo técnico donde se explica es de Xu Deng, Lena Mammen, Hans-Jürgen Butt, Doris Vollmer, y llama“Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating,” Science Express, Published Online Dec. 1, 2011

Gota del nuevo material sobre la pantalla de un teléfono móvil.

 

Una superficie de agua y el aceite que simplemente rebotan: El revestimiento superamphiphobic ni siquiera está húmedo debido a la baja viscosidad de aceite hexadecano, que se extendería también sobre una capa antiadherente. Por lo tanto, una gota del líquido primero rebota en la superficie antes de detenerse en él como una esfera casi perfecta. Las propiedades superamphiphobic surgen de la estructura de cristal de aspecto esponjoso, que los investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros han desarrollado. (© Science / Xu Deng - MPI para la Investigación de Polímeros)



 

Hay dos razones por las cuales la sílice de esponja, el componente principal del vidrio, es tan bueno en repeler el agua y el aceite. En primer lugar, debido a que está recubierto con un compuesto de silicio fluorados, y en segundo lugar, debido a su estructura: es como si que se compone de innumerables esferas diminutas. Las superficies de las esferas evitan que el material esté mojado con aceite, incluso si esto fuera energéticamente más favorable. (© Science / Xu Deng - MPI para la Investigación de Polímeros)


Del enlace material-transparente-que-es-superhidrofugo-y-superoleofugo y de material hidrofugo

Grafeno a partir del coque.

La tecnología para la obtención del grafeno a partir uso de coques (materiales pregrafíticos obtenidos desde petróleo o derivados del carbón) ofrece una alternativa a la preparación de óxido de grafeno y grafeno sin requerir paso de grafitización. El método consiste en: (a) Tratamiento oxidativo del precursor pregrafítico para obtener el correspondiente óxido (b) Procedimiento de exfoliación para obtener el óxido de grafeno (c) Reducción térmica del óxido de grafeno obtenido en (b) a temperaturas de 800-1000 ºC para obtener el correspondiente grafeno.     Imagen de microscopía óptica de un coque carboquímico. http://documenta.wi.csic.es/alfresco/downloadpublic/direct/workspace/SpacesStore/63dacef7-f6a6-4fb1-87d2-42f5a6b8d2df/Folleto-MC-036-2013-06-20.pdf  Este método permite obtener grafenos, preferiblemente como monocapas, con alturas de 0,6-3,0 nm y con un porcentaje de átomos de oxígeno por 100 átomos de carbono en grafeno, por debajo del 3%. Imagen AFM del coque. http://documenta.wi.csic.es/alfresco/downloadpublic/direct/workspace/SpacesStore/63dacef7-f6a6-4fb1-87d2-42f5a6b8d2df/Folleto-MC-036-2013-06-20.pdf Puede saber más aquí grafeno desde el coque y  folleto grafeno del coque

Aerogel de grafeno.

El aerogel , humo helado, humo sólido o humo azul. es una sustancia coloidal similar al gel, en el cual el componente líquido es cambiado por un gas, obteniendo como resultado un sólido de muy baja densidad (3 mg/cm3 ó 3 kg/m3) y altamente poroso, con ciertas propiedades muy sorprendentes, como su enorme capacidad de aislante térmico. Su naturaleza es semitransparente. Tiene al tacto una consistencia similar a la espuma de poliestireno. Este material está generalmente compuesto por un 90,5% a un 99,8% de aire, es mil veces menos denso que el vidrio y unas tres veces más denso que el aire.

El aerogel tiene varias aplicaciones comerciales, aunque principalmente ha sido utilizado como aislante térmico en las ventanas de los edificios de oficinas, en las que sus propiedades son utilizadas para evitar la pérdida de calor o el aumento de este.

Su aspecto es fantasmagórico y tiene una resistencia considerable puesto que soporta más de 1.000 veces su peso.



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En 2013, el profesor Gao Chao y su equipo de investigación de la Universidad Zhejiang de China desarrollaron el aerogel de grafeno, cuya densidad de 0.16 mg/cm³ es la más baja jamás alcanzada. Según los científicos, este aerogel ultraligero, que tiene una densidad menor que la del helio y sólo dos veces la del hidrógeno.

http://www.abc.es/ciencia/20130325/abci-aerogel-grafeno-material-liviano-201303251055.html

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El gel de grafeno y su uso en baterias.

Uno de las investigaciones del grafeno se dirige hacia la obtención de sistemas de acumulación de energía cada vez más eficientes. La Universidad Monash (Australia) han obtenido avances significativos en una investigación que involucra la acumulación de energía en baterías basadas en grafito y agua. Presenta la posibilidad de recargar en pocos segundos y funcionar como si fueran baterías de Iones de Litio.



Graphene sheets. Credit: Gengping Jiang



El Dr. Dan Li y su equipo han combinado grafito y agua y parece que han conseguido la recarga de la batería en cuestión de segundos y una vida útil casi indefinida. Afirma que "La razón por la que el grafeno no se ha utilizado aún en muchas aplicaciones es que estas láminas muy finas, cuando se "apilan" en una estructura de fácil manipulación y uso, de inmediato se unen y se vuelven a transformar en grafito. Cuando se “apilan” sucesivas capas de grafeno, la mayor parte de la superficie se pierde y deja de comportarse como grafeno". Han descubierto el material clave para mantener las hojas de grafeno separadas haciendo que mantengan sus notables propiedades: el agua. Mantener húmedo el grafeno, transformarlo en una especie de gel, proporciona una fuerza de repulsión entre las hojas e impide el re-apilamiento (convertirse nuevamente en grafito) dejándolo listo para las aplicaciones en el  mundo real. "La técnica es muy sencilla y fácilmente escalable hacia tamaños importantes. Cuando lo descubrimos, pensamos que era algo increíble. Tomamos dos materiales básicos, de muy bajo costo (el agua y el grafito) y logramos un nuevo nanomaterial con propiedades asombrosas", dijo el Dr. Li. Se puede considerar como un gel de grafeno.  

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Nanomateriales. Mapa concentual.

Se presenta un mapa conceptual para entender lo que son los nanomateriales.

No obstante, animo a todos a que perfectionen o elaboren nuevos mapas conceptuales sobre el tema.
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