El innovador material que pesa la mitad que el aluminio y es tres veces más resistent

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El innovador material que pesa la mitad que el aluminio y es tres veces más resistente que el acero

Investigadores estadonunidenses han desarrollado un material de nanotubos de carbono con aplicaciones en el sector aeroespacial o la automoción.

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Una muestra de tejido confeccionado con Galvorn. DexMat / Omicrono

"Un hábil herrero elfo llamado Eöl crea un nuevo tipo de metal llamado galvorn que se describe como delgado y flexible, pero también lo suficientemente fuerte como para servir de armadura". Este pasaje que parece salido de El Silmarillion, la 'biblia' de J.R.R. Tolkien tras El señor de los anillos, fue la inspiración de la startup estadounidense DexMat para poner nombre a un material revolucionario que puede tener aplicaciones en sectores como el aeroespacial, el de salud, la energía o los wearables y ya se puede adquirir desde España.

La forja del Galvorn empezó lejos de la Tierra Media, los elfos y los hobbits, en el departamento de Química de la Universidad de Rice, en Texas. Allí, el investigador y profesor Matteo Pasquali y el conocido como padre de la nanotecnología, el Nobel de Química Richard Smalley, fueron los encargados de sentar las bases teóricas y técnicas para crear este portentoso material basado en fibras de nanotubos de carbono alineados de alto rendimiento.

Sus propiedades impresionan y pueden suponer un antes y un después en varias industrias, también gracias a su proceso de fabricación, que puede ser negativo en emisiones de carbono si se aplica a gran escala. Galvorn, que ya se comercializa en forma de hilos, mallas o cintas, es increíblemente resistente, ultraligero, conductor termoeléctrico, flexible, inmune a la corrosión y biocompatible. Eso lo convierte en una alternativa muy a tener en cuenta frente al cobre, el acero o el aluminio, ya que mejora las principales cualidades de estos materiales fundamentales para los sectores de la energía, la automoción o la aviación.

Sustituto para los metales

Los responsables de DexMat, la empresa cofundada por Pasquali encargada de comercializar el Galvorn, mencionan los tres metales como "los principales jinetes del apocalipsis climático". Y no lo hacen a la ligera, sino con datos. El cobre es uno de los materiales con más demanda mundial y uno de los protagonistas de la transición energética, ya que los paneles solares, los aerogeneradores o los vehículos eléctricos dependen de él. Según los cálculos más optimistas, en las próximas dos décadas la humanidad necesitará más cobre que el utilizado a lo largo del último siglo, por lo que será casi imposible cubrir la demanda.

Por su parte, el acero y el aluminio tienen infinidad de aplicaciones, desde la industria de la construcción hasta las alas de los aviones o los disipadores de calor para refrigerar los ordenadores, pero también son tremendamente contaminantes. Juntos, son responsables del 10% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.

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Fibras y cinta de Galvron. DexMat / Omicrono

Para sustituirlos no sólo hace falta mejorar sus propiedades, sino buscar una manera más ecológica y sostenible de optimizar su ciclo de vida. Y en eso llevan trabajando en DexMat desde hace una década, gracias a varias rondas de inversión y las subvenciones por valor de más de 20 millones de dólares procedentes del Laboratorio de Investigación de las Fuerzas Aéreas de EEUU, el Departamento de Energía y la NASA, entre otros.

La empresa no explica con detalle el método de hilado de fibras que ha patentado para obtener sus productos de Galvorn, pero todos se basan en la misma tecnología que hace posible los nanotubos de carbono (CNT, por sus siglas en inglés). En líneas generales, son el resultado de unir millones de moléculas cilíndricas formadas por láminas enrolladas de átomos de carbono de una sola capa. El resultado puede ser de pared simple, con un diámetro inferior a 1 nanómetro (nm), o de pared múltiple (MWCNT), formado por varios nanotubos entrelazados concéntricamente, con diámetros que alcanzan más de 100 nm.

Lo más interesante de Galvorn es lo que sus responsables llaman sus cualidades "casi mágicas". El exigente proceso de pruebas de laboratorio y testeo se ha saldado con sorprendentes resultados. Por ejemplo, en comparación con un alambre de cobre del mismo diámetro, una fibra de Galvorn tiene una resistencia 12 veces superior, una densidad más de 6 veces inferior, una tolerancia a la flexión al menos 25 veces superior y una conductividad térmica hasta un 50% superior. Tampoco se queda atrás frente al alumino y al acero: pesa la mitad que el primero y es tres veces más resistente que el segundo.

Aplicaciones prácticas

Matteo Pasquali, cofundador de DexMat, y Dmitri Tsentalovich, director de tecnología de la empresa, han conseguido aumentar constantemente el rendimiento del material, duplicando su conductividad y resistencia cada tres años desde su invención, al tiempo que reducían los costes para ofrecer un producto competitivo. Así nacieron la malla Galvorn, con aplicaciones para paneles compuestos, electrodos y prendas de vestir, el hilo, utilizado para fabricar cables, líneas eléctricas o bobinas de motores y, por último, la cinta, ideal para blindajes, baterías o antenas.

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Distintos formatos de comercialización del Galvorn . DexMat / Omicrono

Para comprobar algunas de sus propiedades, los investigadores de la Universidad de Rice llevaron a cabo un experimento en 2021. Cosieron hilos de Galvorn a una camiseta, para que actuaran como electrodos de electrocardiograma al contacto con la piel. Y no sólo eso, sino que también podían servir como cables conductores para llevar las señales del electrocardiograma a transmisores de datos Bluetooth situados en el lateral de la prenda.

Según los investigadores, las fibras tejidas en la tela también pueden utilizarse para incrustar pequeñas antenas o luces LED. Con pequeñas modificaciones en la geometría de las fibras y la electrónica asociada, la ropa podría llegar a controlar las constantes vitales, la fuerza ejercida o la frecuencia respiratoria.

Otros posibles usos para este material podrían ser interfaces hombre-máquina para interactuar con coches o robots o para desarrollar protección antibalas en uniformes militares. "Hace unos años demostramos que las fibras de nanotubos de carbono disipan mejor la energía por peso que el kevlar [la fibra sintética que se usa con mayor frecuencia en chalecos antibalas y cascos balísticos], y eso sin contar con algunos de los avances que hemos conseguido desde entonces en resistencia a la tracción", explicó en su día Lauren Taylor, investigadora en la Universidad de Rice.

El resultado fue una camiseta para controlar al detalle la salud del usuario cómoda, flexible y lavable, en la que se podían incrustar pequeños dispositivos o luces LED. Con pequeñas modificaciones en la geometría de las fibras y la electrónica, la ropa podría llegar a controlar las constantes vitales o la frecuencia respiratoria del usuario.

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La investigadora Lauren Taylor con la camiseta con hilos de nanotubos de carbono. Universidad de Rice / Omicrono

Desde DexMat señalan además el potencial impacto climático del material, ya que puede dar pie a vehículos más eficientes y ligeros, capaces de ampliar su autonomía y reducir drásticamente el consumo de combustible. La mayor conductividad eléctrica que el Galvorn puede proporcionar a baterías y supercondensadores podría mejorar significativamente el rendimiento de la energía eólica, la fotovoltaica o las baterías.

En el sector de la construcción, la incorporación de estas fibras en la producción de hormigón puede crear edificios más resistentes y duraderos. Así, combinando la conductividad de los metales con la ligereza, resistencia y flexibilidad de las fibras de polímero o el hilo textil, los productos de DexMat son el perfecto ejemplo de lo que puede dar de sí la ingeniería de materiales.

Para terminar como empezamos, Galvorn parece obra de un maestro herrero de la Tierra Media, "tan duro como el acero de los enanos, pero tan maleable que podía ser delgado y flexible. Y, sin embargo, seguía siendo resistente a todas las espadas y dardos".

omicrono.com / Ismael Marinero, 10 junio 2023