EL GRAFENO Y SUS APLICACIONES A LOS COHETES

En primer lugar vamos a hablar de lo que es el grafeno. El grafeno es una forma de carbono que consiste en láminas planas que tienen un átomo de espesor, con los átomos dispuestos en una red en forma de panal. Viene del grafito que viene del carbono.

En esta imagen vemos diferentes estructuras con diferentes enlaces que se forman con átomos de carbono.

Para entender cómo se forma el grafeno, tenemos que entender el elemento principal del mismo. En este caso es CARBON.

El carbono es uno de los elementos químicos más importantes de la naturaleza. Se encuentra en todos los seres vivos y, como se distribuyen sus átomos, puede aparecer en las diferentes características.

Cuando las pequeñas partículas de carbono se agrupan muy densamente en láminas bidimensionales delgadas y siguen siendo un patrón hexagonal regular, se forma GRAFENO.

La forma en que los carbones son nos recuerdan a una colmena, donde viven las abejas y se forma con seis átomos de carbono y se delimita con cuatro enlaces simples y dos enlaces dobles.

En 2004, cuando los científicos de origen ruso Novoselov y Geim lograron aislarlo a temperatura ambiente, aunque los científicos pensaron que era demasiado inestable. Este descubrimiento no fue insignificante, porque gracias a él ganó el Premio Nobel en 2010.

PROPIEDADES:

El grafeno tiene propiedades INCREÍBLES y estas son algunas de ellas:

• Alta conductividad térmica y eléctrica.

• Semiconductor.

• Alta elasticidad y dureza.

• Resistencia (el material más resistente del mundo).

• El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que le da a este material un gran potencial de desarrollo.

• Apoya la radiación ionizante.

• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.

• Menos efecto Joule, menos calor al conducir electrones.

• Consumir menos electricidad para la misma tarea que el silicio.

Debido a sus propiedades, el grafeno puede servir como material en la fabricación de aviones, satélites espaciales o automóviles, haciéndolos más seguros. También en la construcción de edificios, porque los hizo más resistentes. Esto también podría ser para cohetes, satélites y naves espaciales.

Un equipo de investigadores del MIT ha diseñado uno de los materiales ligeros más resistentes conocidos, al comprimir y fusionar escamas de grafeno, una forma bidimensional de carbono. El nuevo material, una configuración similar a una esponja con una densidad de solo el 5 por ciento, puede tener una resistencia 10 veces mayor que la del acero.

En su forma bidimensional, se cree que el grafeno es el más fuerte de todos los materiales conocidos. Pero hasta ahora los investigadores han tenido dificultades para traducir esa fuerza bidimensional en materiales tridimensionales útiles.

Los nuevos hallazgos muestran que el aspecto crucial de las nuevas formas 3-D tiene más que ver con su inusual configuración geométrica que con el material en sí.

Otros grupos sugirieron la posibilidad de tales estructuras livianas, pero los experimentos de laboratorio hasta el momento no lograron igualar las predicciones, y algunos resultados mostraron varios órdenes de magnitud menos de fuerza que lo esperado. El equipo del MIT decidió resolver el misterio analizando el comportamiento del material hasta el nivel de los átomos individuales dentro de la estructura. Pudieron producir un marco matemático que se parece mucho a las observaciones experimentales.

Los materiales bidimensionales, básicamente láminas planas que tienen solo un átomo de espesor pero pueden ser indefinidamente grandes en las otras dimensiones, tienen una resistencia excepcional y propiedades eléctricas únicas. Pero debido a su extraordinaria delgadez, "no son muy útiles para fabricar materiales en 3D que podrían usarse en vehículos, edificios o dispositivos", "Lo que hemos hecho es realizar el deseo de traducir estos materiales en 2D". en estructuras tridimensionales ".

El equipo fue capaz de comprimir pequeños copos de grafeno usando una combinación de calor y presión. Este proceso produjo una estructura fuerte y estable cuya forma se asemeja a la de algunos corales y criaturas microscópicas llamadas diatomeas. Estas formas, que tienen una superficie enorme en proporción a su volumen, demostraron ser notablemente fuertes.

crearon una variedad de modelos tridimensionales y luego los sometieron a varias pruebas. ahí es cuando se dan cuenta de que el grafeno tiene un 5 por ciento de la densidad del acero, pero 10 veces la resistencia.

Lo que sucede con su material de grafeno 3D se asemeja a lo que sucedería con las hojas de papel. El papel tiene poca resistencia en su longitud y anchura, y puede arrugarse fácilmente. Pero cuando se hace en ciertas formas, por ejemplo, enrollado en un tubo, de repente, la resistencia a lo largo del tubo es mucho mayor y puede soportar un peso considerable. De manera similar, la disposición geométrica de las escamas de grafeno después del tratamiento naturalmente forma una configuración muy fuerte.

Los imprimieron basándose en el modelo computacional atomístico del equipo del MIT, descartaron una posibilidad propuesta previamente por otros equipos: que podría ser posible hacer estructuras de grafeno 3D tan ligeras que realmente fueran más livianas que el aire, y podrían usarse Como un reemplazo duradero para el helio en globos. El trabajo actual muestra, sin embargo, que a densidades tan bajas, el material no tendría suficiente resistencia y colapsaría debido a la presión del aire circundante.

los investigadores dicen que podríamos usarlo para algo que requiera una combinación de fuerza extrema y peso ligero. "Puede usar el material de grafeno real o la geometría que descubrimos con otros materiales, como polímeros o metales", dice Buehler, para obtener ventajas similares de resistencia combinada con ventajas en costos, métodos de procesamiento u otras propiedades de los materiales (como transparencia o conductividad eléctrica).

Para la síntesis real, dicen los investigadores, una posibilidad es usar el polímero o partículas metálicas como plantillas, recubrirlas con grafeno mediante un depósito de vapor químico antes de los tratamientos de calor y presión, y luego eliminar química o físicamente las fases de polímero o metal para dejar 3 D grafeno en forma de gyroid (redondo, pero lleno de agujeros). Para esto, el modelo computacional dado en el presente estudio proporciona una guía para evaluar la calidad mecánica de la salida de síntesis.

Mi conclusión es que el desarrollo de este nuevo material abre nuevas posibilidades de salida. Es el primer material cristalino en 2D y tiene propiedades únicas, lo cual es interesante tanto para la ciencia fundamental como para futuras aplicaciones en cohetes y naves espaciales.

así como construir naves espaciales y cohetes para usarlo como sistema de enfriamiento, ya que con menos calor el cohete sería más eficiente.