Nuevos materiales
Crean una madera más resistente que el acero
Podría ser una alternativa ecológica al uso de plásticos y metales en la fabricación de automóviles y edificios
Un baño químico y una prensa en caliente son suficientes para transformar la madera en un material más resistente que el acero . Este proceso y otros similares podrían hacer de la madera una alternativa ecológica al uso de plásticos y metales en la fabricación de automóviles y edificios, según una nueva investigación publicada en la revista «Nature». «Es una nueva clase de materiales con gran potencial », explica Li Teng, especialista en mecánica de la Universidad de Maryland en College Park y coautor del estudio.
Los intentos de fortalecer la madera se remontan a décadas. Algunos esfuerzos se han centrado en la síntesis de nuevos materiales mediante la extracción de las nanofibras de celulosa. El equipo de Li eligió un enfoque diferente: los investigadores se centraron en modificar la estructura porosa de la madera natural.
Primero, cocieron diferentes tipos de madera, incluido el roble, en una solución de hidróxido de sodio y sulfito de sodio durante siete horas. Ese tratamiento dejó la celulosa almidonada en gran parte intacta, pero creó más espacio hueco en la estructura de madera mediante la eliminación de algunos de los compuestos circundantes. Estos incluyen lignina, un polímero que se une a la celulosa. Luego, el equipo presionó el bloque, como un sándwich, a 100 grados centígrados durante un día. El resultado: un tablón de madera con una quinta parte del espesor , pero tres veces más denso que la madera natural y hasta 11,5 veces más resistente .
«Esta nueva forma de tratar la madera la hace doce veces más resistente que la madera natural y diez veces más dura», explica Liangbing Hu, de la Escuela de Ingeniería A. James Clark de la Universidad de Maryland y líder del equipo que realizó la investigación. «Esto podría competir con el acero o incluso las aleaciones de titanio. Y también es comparable a la fibra de carbono, pero mucho menos costosa », afirma.
Fuerza y resistencia
Esta combinación de fuerza y resistencia normalmente no se encuentra en la naturaleza. «Es tan fuerte como el acero, pero seis veces más ligero. Se necesita diez veces más energía para fracturarla que en la madera natural. Incluso se puede doblar y moldear al comienzo del proceso», dice Hu, lo que la hace muy interesante para cualquier tipo de diseño.
Para probar la dureza del material, el equipo disparó proyectiles similares a balas desde una pistola de aire balístico que se usa normalmente para probar la resistencia al impacto de los vehículos militares. El proyectil impactó directamente a través de la madera natural. La madera completamente tratada detuvo el proyectil hasta la mitad .
En concreto, cinco capas del material laminado juntas (solo 3 milímetros de grosor en total) pudieron detener un proyectil de acero de 46 gramos que viajaba aproximadamente a 30 metros por segundo. «Eso es mucho más lento que los varios cientos de metros por segundo a los que viaja una bala -dice Hu-, pero es comparable a la velocidad a la que un automóvil podría estar en movimiento antes de una colisión, lo que hace que el material sea adecuado para su uso en vehículos».
Reemplazar a las maderas más escasas
Lo cierto es que las aplicaciones de este nuevo material son muchas y variadas. «Este tipo de madera podría usarse en automóviles, aviones, edificios , cualquier aplicación donde se use acero», dice Hu. Además, favorecería que «las maderas blandas como el pino, que crecen rápido y son más respetuosas con el medio ambiente, pudieran reemplazar maderas de crecimiento más lento, pero más densas, como la teca, en muebles o edificios», prosigue Hu.
«Este estudio proporciona una ruta muy prometedora para el diseño de materiales estructurales livianos y de alto rendimiento , con un tremendo potencial para una amplia gama de aplicaciones donde se desean alta resistencia, gran dureza y resistencia balística superior», explica Huajian Gao, profesor de la Universidad de Brown, que no participó en el estudio. «Es particularmente emocionante observar que el método es versátil para varias especies de madera y bastante fácil de implementar». También se muestra esperanzado con la utilidad y alcance de este nuevo material Zhigang Suo, profesor de mecánica y materiales en la Universidad de Harvard:«Dada la abundancia de madera, así como otras plantas ricas en celulosa, este estudio inspira la imaginación».
En la actualidad, Japón, cuyo territorio está cubierto por bosques en un 70 por ciento, es líder mundial en investigación y desarrollo de este material, compitiendo en la carrera por darle un uso práctico con otros países boscosos , como los del norte de Europa y América.
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