Un equipo de investigación dirigido por el académico Yu Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), ha desarrollado una nueva estrategia para la preparación de compuestos cerámicos y metálicos similares al nácar. Este avance se presenta como una solución a los desafíos actuales en la producción de materiales que imiten la estructura interna de los caparazones de los moluscos, que son conocidos por su resistencia y durabilidad.
El nácar, un nanocompuesto natural, destaca por sus excepcionales propiedades mecánicas, que combinan alta resistencia y gran tenacidad. Sin embargo, su aplicación en campos como los compuestos estructurales ligeros y el equipo de protección se ha visto limitada por problemas de tamaño de material, eficiencia de fabricación y flexibilidad. La nueva investigación, publicada en National Science Review, promete superar estas limitaciones.
Innovaciones en la fabricación de cerametas
El equipo de Yu Shuhong ha logrado sintetizar microsferas de alúmina de tamaño ajustable mediante la emulsificación de una suspensión cerámica en disolventes orgánicos. Tras un proceso de tamizado, se obtuvieron microsferas de tamaño uniforme que fueron recubiertas con una capa de sal de níquel. A través de un proceso de ensamblaje en moldes y prensado en caliente, estas microsferas compuestas fueron aplanadas en forma de placas. Este proceso replicó de forma precisa la microestructura «ladrillo y barro» del nácar natural.
Una de las innovaciones más destacadas de esta estrategia es la posibilidad de preparar cerametas de gran tamaño y formas irregulares mediante el uso de más microsferas y moldes de formas variadas. Esto no solo amplía las aplicaciones potenciales del material, sino que también mejora su viabilidad para la producción en masa.
En términos de propiedades mecánicas, estos cerametas han demostrado una resistencia a la flexión de 386 MPa a temperatura ambiente, y aún mantienen 286.86 MPa a 600 °C. Además, su tenacidad a la fractura alcanzó valores de 12.76 MPa·m¹/² a temperatura ambiente y 12.99 MPa·m¹/² a altas temperaturas. La investigación también indica que, al someterse a fuerzas, las grietas en los cerametas se desvían a lo largo de la interfaz cerámica-metálica, lo que permite una disipación de energía y previene fallos instantáneos, haciendo estos materiales altamente adecuados para entornos extremos, como la protección térmica en la industria aeroespacial y recubrimientos protectores ante impactos de alta velocidad.
Este estudio representa un avance significativo en la aplicación de diseños biomiméticos en materiales estructurales cerámicos y metálicos, abriendo nuevas vías para su utilización en diversas industrias y aplicaciones tecnológicas.
