Probando el material más duro y menos comprimible del mundo

ESPAÑOL

Ahora, la meta ha sido alcanzada por un equipo del Bayerisches Geoinstitut, de la Universidad de Bayreuth, que acaba de anunciar la síntesis de estas nanobarras de diamante agregado (ADNR por sus siglas en inglés) y sus notables propiedades, después de haberlas medido en la ESRF (European Synchrotron Radiation Facility).

El equipo de Bayreuth probó la compresibilidad y densidad de este nuevo material. Los experimentos llevados a cabo en el laboratorio de altas presiones del ESRF, confirmaron que la densidad del ADNR, según la prueba de Rayos X, es más alta que la del diamante, entre un 0,2 y un 0,4 por ciento, lo que lo convierte en la forma más densa de carbono. Los experimentos siguientes prueban que el ADNR también es un 11 por ciento menos compresible que el diamante.

La combinación de dureza y estabilidad química que posee, hacen del ADNR un material potencialmente excelente para el maquinado de materiales ferrosos.

En la ESRF, los investigadores hicieron pruebas de dureza, usando un indentador de diamante. La punta de la sonda no hizo mella en la superficie del ADNR. Este material ha demostrado ser más duro que el diamante natural, y consecuentemente más resistente a la abrasión. La disposición aleatoria de las nanobarras muy probablemente da lugar al incremento de la dureza del ADNR, en tanto que la reducción en la longitud de los enlaces de C-C en las capas exteriores de las mismas, es responsable del incremento de su densidad.

La comprobación mecánica también ha mostrado que bajo las mismas condiciones, debido al incremento de su resistencia contra la grafitización, el ADNR es mucho más eficaz para desbastar otros materiales que el diamante sintético o natural. Esto lo hace un material potencialmente valioso para el maquinado de los metales ferrosos y las cerámicas y, debido a su naturaleza nanocristalina, para el maquinado y pulido de alta precisión.

La invención, realizada por Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky, y Falko Langenhorst, incluyendo el método de síntesis del material, ha sido patentada

Testing the material harder and less compressible in the world now

INGLES

Now, the goal has been achieved by a team from the Bayerisches Geoinstitut, University of Bayreuth, which has just announced the synthesis of these aggregated diamond nanobarras (ADNR by its acronym in English) and its remarkable properties, after they were measured at the ESRF (European Synchrotron Radiation Facility).

The Bayreuth team tested the compressibility and density of this new material. Experiments conducted in the laboratory of the ESRF high pressure, confirmed that the density of the ADNR, as evidence of X-rays, is higher than that of the diamond between 0.2 and 0.4 per cent, which makes it the densest form of carbon. The following experiments show that the ADNR is also 11 percent less compressible that diamond.

The combination of hardness and chemical stability has to make the ADNR a potentially excellent material for machining ferrous materials.

At the ESRF, researchers tested for hardness, using a diamond indenter. The tip of the probe did not affect the surface of the ADNR. This material has proven to be harder than natural diamond and consequently more resistant to abrasion. The provision of random nanobarras most likely leads to increased hardness of the ADNR, while the reduction in the length of DC links in the outer layers of the same, is responsible for the increase in density.

The mechanical testing has also shown that under the same conditions, due to increased resistance against graphitisation the ADNR is much more effective for roughing the other synthetic or natural diamond. This makes it a potentially valuable material for machining ferrous metals and ceramics and, due to its nanocrystalline nature, for machining and polishing of high precision.

The invention, by Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky and Falko Langenhorst, including the method of synthesis of the material has been patented

Inventan en Galicia un material más resistente para el motor de los aviones

español

Neoker aspira a vender su innovador producto a grandes fabricantes, interesados por el aguante de la cerámica

Una empresa gallega presentó hoy innovadores materiales más resistentes a las altas temperaturas para el revestimiento de motores de aviones y turbinas, anunciaron hoy sus responsables.

La empresa Neoker, fundada en base a la investigación desarrollada por la Universidad de Santiago de Compostela (USC) con el apoyo de la Xunta, aspira a vender a los grandes fabricantes de motores aviones, susceptibles de estar interesados por la resistencia de la cerámica y otros materiales que desarrolla.

Uno de los socios de la empresa, el físico Víctor Valcárcel, indicó a Efe que la empresa basa su tecnología en el descubrimiento de nuevas fibras que fueron halladas accidentalmente, ya que subrayó: «investigando una cosa encontramos otra, tratando de hacer un procedimiento apareció otro».

Precisó que fue «al infiltración piezas porosas impregnándolas con un metal fundido» cuando descubrió que «en una esquina del crisol aparecían fibras» con unas propiedades que luego resultaron ser la clave de los nuevos productos.

Valcárcel investigó «porqué crecían» esas fibras y logró a partir de ahí desarrollar el proceso industrial para mejorar la producción y la calidad con ayuda de la experta en química Carmen Cercedo, ambos doctorados en la USC.

Cercedo logró aumentar la escala del producto y conseguir el refinamiento para la producción industrial, a base de mezclar las fibras con otros materiales.

Base operativa en Milladoiro

La empresa, que ha instalado una nave para la fabricación de prototipos de cerámica en el polígono industrial de la localidad coruñesa de Milladorio, en las afueras de Santiago de Compostela, elabora metales a base de esas fibras mezcladas con titanio, que se caracteriza por su resistencia a las altas temperaturas, y aluminio, excelente por su ligereza, que dan como resultado una aleación.

Asimismo, también fabrica cerámicas reforzadas con fibras que multiplican sus resistencia y dureza.

Las turbinas de los motores de aviones «alcanzan temperaturas muy altas con el inconveniente de que, al producirse vapor de agua en la combustión, éste es extremadamente corrosivo, hasta el punto de que altera y desgasta muchos materiales», indicó Valcárcel.

Apuntó que «la estructura interna de la fibra es más perfecta, por eso se llama monocristalina, porque los átomos están cada uno en su sitio sin fallos, sin imperfecciones».

Subrayó que al incorporar esas fibras que descubrió, «reduce el desgaste y aumenta tanto la resistencia a la temperaturas como la dureza del material», lo que abre perspectivas interesantes para los fabricantes de motores de aviones.


Presentación en Texas

Valcárcel y Cerecedo, que esperan presentar sus productos en Texas a finales de marzo a inversores y empresarios de diversos países, confían en atraer su interés.

Hasta el momento todavía no han comercializado sus productos, pero esperan negociar, ya que «podrían surgir ofertas querer comprarnos la empresa, aunque otra cosa es que queramos venderla; también podríamos recibir propuestas para una unión con vistas a una aventura conjunta, o bien para la compra de nuestra tecnología», comentó Valcárcel.

Señaló que de momento su intención es más «establecer alianzas» con otras empresas, aunque no descartan ninguna posibilidad.

El rector de la USC, Senén Barro, subrayó, bromeando, en la presentación de la empresa, que el material que fabrican tiene una coste de «6.000 euros el kilo», más caro que el marisco.
Observó que esta empresa es un «ejemplo para muchas otras iniciativas y es lo que necesita el país sobre todo, aunque no en exclusiva, en momento de crisis», y apostilló que en estas situaciones «donde hay que refugiar el dinero y los recursos es fundamentalmente en la educación y en la investigación».

Por su parte, el director de Investigación y Desarrollo de la Xunta, Salustiano Mata, afirmó que «la universidad es un elemento que puede dinamizar la economía en un momento en que se está redefiniendo en el mundo un cambio de modelo económico».

Añadió que ante la crisis, la Xunta «apuesta por un modelo económico

Galicia invent a more durable material for the engine of the aircraft

ingles

Neoker aims to sell its innovative product to large manufacturers, interested in the endurance of the ceramic

A Galician company today unveiled innovative materials more resistant to high temperatures for the coating of aircraft engines and turbines, today announced its leaders.

Neoker The company was founded based on research developed by the University of Santiago de Compostela (USC) with the support of the Xunta, hopes to sell to major manufacturers of aircraft engines, could be interested by the resistance of the ceramic other building materials.
One of the company, physicist Victor Valcarcel, told Efe that the company bases its technology on the discovery of new fibers that were found accidentally, as they said, "Researchers found one other thing, trying to make a procedure appeared another.

He said that was "the infiltration of porous parts impregnated with a molten metal" when he discovered that "in a corner of the glass fibers appeared" with properties that later turned out to be the key to new products.

Valcárcel investigated "because I grew up" these fibers and from there managed to develop the manufacturing process to improve production and quality with the expert help of Carmen Cerceda in chemistry, both PhDs in USC.

Cerceda successfully scale the product and refinement to achieve industrial production, based on mixing the fibers with other materials.

Base operating Milladoiro

The company, which has installed a warehouse for the manufacture of ceramic prototypes in the industrial town of Coruña Milladorio on the outskirts of Santiago de Compostela, produces metals with such fibers mixed with titanium, which is characterized by its resistance to high temperatures, aluminum, excellent for its lightness, resulting in an alloy.

It also manufactures ceramic fiber reinforced that multiply their strength and hardness.
Turbine aircraft engines' reach very high temperatures with the disadvantage that, when water vapor in the combustion, it is extremely corrosive, so that alters and weakens many materials, "said Valcarcel.

He noted that "the internal structure of the fiber is more perfect, so called single crystal, because the atoms are each in its place without judgments, without imperfections."

Stressed that incorporation of these fibers found, "reduces wear and increases resistance to both temperature and hardness of the material, which opens interesting prospects for manufacturers of aircraft engines.


Presentation at Texas

Valcárcel and Cerecedo, they expect to present their products in Texas in late March to investors and entrepreneurs from different countries rely on to attract their interest.

So far they have not yet marketed its products, but they hope to negotiate, and that bids could emerge wanting to buy the business, but another thing is that we want to sell that could also receive proposals for a union with a view to a joint venture, or the purchase of our technology, "said Valcarcel.

He noted that when their intention is more "alliances" with other businesses, but do not dismiss any possibility.

The rector of the USC Senén Barro, remarked, jokingly, in the presentation of the company that manufactured the material that has a cost of "6000 euros a kilo, the more expensive seafood.
He noted that this company is a model for many other initiatives and that is what the country needs above all, though not exclusively, in times of crisis, "and he added that in such situations" where you have to shelter the money and resources is primarily on education and research. "
For his part, Director of Research and Development of the Xunta, Salustiano Mata, stated that "college is an element that can stimulate the economy at a time when it is being redefined in a changing world economic model."

He added that before the crisis, the Xunta "bet on an economic model

Investigadores españoles hacen un material 10 veces más resistente que el acero

español

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid y del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón han creado un supermaterial capaz de soportar una tensión de rotura de 4.500 megapascales (MPa). Esta resistencia del nuevo compuesto, que será dado a conocer en la revista científica Advanced Materials, resulta extraordinaria, pues supone 10 veces la del acero convencional de construcción, que aguanta 400 MPa, y el doble que el mejor acero ultrarresistente que se utiliza para los puentes colgantes, que llega a 2.000 MPa. Pero es que, además, ensayos anteriores realizados con otros materiales muy similares hacen prever a sus creadores que este compuesto mantendrá también estas propiedades a temperaturas cercanas a los 1.600 grados, cuando el acero deja de servir a más de 700. Es más, según asegura Javier Llorca, catedrático del Departamento de Ciencia de Materiales de la Escuela de Ingenieros de Caminos, la máxima temperatura de trabajo para los materiales estructurales hoy día se sitúa en los 1.200 grados de las superaleaciones de níquel.

"Nosotros nos dedicamos a romper cosas", detalla Llorca en su laboratorio, rodeado de fieltros cerámicos para chalecos antibalas, trozos reventados de blindaje de carros de combate o cañones balísticos que lanzan proyectiles a un kilómetro por segundo contra superficies que luego se usarán en aviones. "Así estudiamos su comportamiento y podemos cambiar su estructura para mejorar sus propiedades", especifica junto a un horno de alta temperatura. Como explica este ingeniero, el nuevo compuesto tiene otra virtud y es que está formado por una mezcla de óxidos: alúmina, circona y YAG. Esto lo convierte en muy duradero, pues no se oxida en procesos de combustión y aguanta, por tanto, mejor la corrosión.

Pequeño y resistente

Para crear este supermaterial, los investigadores han seguido uno de los principios de la nanotecnología: "Lo pequeño nos hace más resistentes". Como recalca José Ignacio Pastor, otro de ellos, las propiedades de los materiales cambian al trocearlos y, como ocurre con los óxidos empleados, se pueden volver mucho más fuertes a la tensión de rotura. El nuevo material desarrollado es una mezcla de cristales de un centenar de nanómetros de sección, lo que equivale a una centésima parte del diámetro de un cabello humano. Los ensayos han demostrado, de momento, una resistencia de 4.500 MPa a temperatura ambiente y es ahora cuando deberán comenzar las pruebas a alta temperatura.

La confirmación de estos resultados en este nuevo material nanoeutéctico, que ha supuesto 10 años de trabajo conjunto en Madrid y Zaragoza, resultaría sumamente interesante para la generación de energía y para los motores de combustión. Como indica Llorca, cuando una central térmica calienta agua para generar vapor que luego mueva una turbina, en realidad pierde mucha energía en el proceso. "El rendimiento en la transformación de calor en energía mecánica es muy malo y no supera el 50% en una central eléctrica; esto quiere decir que en una instalación de 10 megavatios, se generan 10 megavatios y otros 10 se echan al río con el sistema de refrigeración", explica. Lo mismo ocurre en el motor de un coche, en el que se transforma en energía mecánica sólo una cuarta parte de cada litro de carburante que se echa al depósito y el resto se malgasta en forma de pérdidas de calor. "La clave para mejorar estos rendimientos consiste en aumentar la máxima temperatura de trabajo y para eso se necesitan una nueva generación de materiales que aguanten temperaturas extremas, como estos 1.600 grados", especifica Pastor. De esta forma, también se emiten menos contaminantes, ya que al incrementar la temperatura se queman mejor todos los residuos de la combustión.

"Existen dos formas de obtener energía no contaminante, una son las fuentes renovables, pero la otra pasa por el desarrollo de esta nueva generación de materiales que sea mucho más resistente a temperaturas extremas", subraya Llorca, quien explica que el grupo dirigido por el profesor de investigación Víctor Orera, del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (CSIC-Universidad de Zaragoza), se ha encargado de su fabricación y caracterización microestructural y el laboratorio de la Politécnica de Madrid de su caracterización mecánica. El crecimiento de los cristales compuestos de circona, alúmina y YAG se realiza por medio de una técnica de fusión por láser, consistente en concentrar mucha energía en una pequeña preforma con la composición exacta del material. "El siguiente paso será ya su producción a escala industrial", comenta el ingeniero. En principio, los óxidos básicos no son caros, por lo que los investigadores consideran que su precio no tendría que ser mayor a otros compuestos fabricados hoy día.

Spanish investigators make a material 10 times stronger than steel

ingles


Researchers from the Universidad Politécnica de Madrid and Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón have created a supermaterial able to withstand a stress fracture of 4500 megapascals (MPa). The strength of the new compound, which will be published in the journal Advanced Materials, is extraordinary, as is 10 times that of the conventional steel construction that holds 400 MPa, and double the best ultrarresistente steel that is used for bridges, which reaches 2000 MPa. But it is also earlier tests performed with other materials are very similar to their creators anticipate that this compound will also maintain these properties at temperatures near 1,600 degrees, when the steel is no longer serving more than 700. Moreover, according to Javier Llorca, professor in the Department of Materials Science, School of Civil Engineers, the maximum working temperature for the structural materials currently stands at 1,200 degrees of nickel superalloys.

"We are dedicated to breaking things," Llorca detailed in his laboratory, surrounded by ceramic felts for body armor, armor scraps burst of tanks or cannons that launch ballistic missiles at a kilometer per second surfaces which are then used in aircraft . "So we studied their behavior and can change its structure to improve their properties, along with a specified high temperature furnace. As the engineer explained, the new compound and it has another virtue that is composed of a mixture of oxides: alumina, zirconia and YAG. This makes it very durable because it is not oxidized in combustion processes and holds, therefore, better corrosion.

Small and rugged

To create this supermaterial, researchers have followed one of the principles of nanotechnology: "What makes us little more resilient." As stressed Jose Ignacio Pastor, another of them, the properties of materials change when sliced, and as with the oxides used, can become much stronger to the tension of rupture. The new developed material is a mixture of crystals of a section of hundred nanometers, equivalent to one hundredth of the diameter of a human hair. Tests have shown, for now, a resistance of 4500 MPa at room temperature and must now begin testing at high temperature.

The confirmation of these results in this new material nanoeutéctico, which has seen 10 years of working together in Madrid and Zaragoza, would be very interesting for power generation and combustion engines. As indicated by Llorca, when a thermal power plant heats water to generate steam, which then moves a turbine, actually lost a lot of energy in the process. "The yield on the transformation of heat into mechanical energy is very bad and does not exceed 50% at a power plant, this means that an installation of 10 megawatts, will generate 10 megawatts and 10 others were thrown into the river system cooling, "he explains. The same happens in a car engine, which converts mechanical energy into only one quarter of each liter of fuel that gets the deposit and the rest is wasted as heat loss. "The key to improving such performance is to increase the maximum working temperature and for that you need a new generation of materials to withstand extreme temperatures, such as 1600 degrees," Pastor specified. In this way, they also emit fewer pollutants, and to increase the temperature to better burn all waste combustion.

"There are two ways to get energy, are a renewable, but the other is through the development of this new generation of materials is much more resistant to extreme temperatures," explains Llorca, who explains that the group led by Victor Orera research professor, Institute of Materials Science of Aragon (CSIC-Universidad de Zaragoza), has been responsible for manufacturing and laboratory and microstructural characterization of the Madrid Polytechnic of mechanical characterization. The growth of crystals consisting of zirconia, alumina and YAG is via a laser-fusion technique, which is to concentrate much energy in a small preform with the exact composition of the material. "The next step will be and its production on an industrial scale," says the engineer. In principle, the basic oxides are not expensive, so researchers believe that its price would be higher than other compounds produced today.

El diamante deja de ser el material más firme que existe

español


Científicos logran un material que es más resistente a la torsión que el diamante, mezclando partículas del mineral titanato de bario y estaño fundido. El diamante era considerado hasta ahora el material más rígido conocido.

El nuevo material ha sido creado por un equipo de la Universidad del Estado de Washington y de la Universidad Wisconsin-Madison, ambas en los EE.UU, y por científicos de la Universidad Ruhr en Bochum, Alemania.

Los científicos mezclaron el estaño fundido, calentado a una temperatura de 300ºC, con piezas de un material cerámico llamado titanio de bario, empleado a menido como aislante en compuestos electrónicos. El diámetro de las partículas era de aproximadamente una décima de milímetro y se las dispersó a partes iguales a lo largo del estaño empleando una sonda ultrasónica (véase foto superior, los puntos oscuros son las partículas de titanato de bario).

Una vez que se enfriaron los lingotes del nuevo material, se tomaron muestras rectangulares o cilíndricas de 3 cm. de largo y una sección de 2 mm. para comprobar su dureza. La respuestas de las muestras a la prueba de elasticidad se realizó pegando uno de los extremos a un soporte fuerte con forma de barra y el otro a un imán que incorporaba un pequeño espejo.

Fuerza rítmica

Se usó un electroimán para ejercer una fuerza rítmica sobre el material a razón de 100 veces por segundo. La resistencia del compuesto a la fuerza de torsión — llamada módulo de Young - se registró mediante un sensor lumínico que monitorizaba la luz del láser que rebotaba en el espejo.
Las pruebas se realizaron a varias temperaturas. Entre 58ºC y 59ºC las muestras eran más duras que el diamante. Algunas demostraron ser 10 veces más resistentes a la torsión.

“Esto es muy ingenioso”, comenta el investigador en creación de materiales Mark Separing, de la Universidad de Southampton en el Reino Unido. “Han dado con un material muy interesante”.
La rigidez del material viene de las propiedades de las piezas de titanato de bario, comenta Spearing. A medida que el material se enfría su estructura cristalina cambia, provocando una expansión en su volumen.

Matriz de estaño

“Al verse contenidas dentro de una matriz de estaño, el estrés aumenta dentro del titanato de bario,” explica Spearing, “a una temperatura determinada, esa energía se libera y se opone a la fuerza de torsión”.

Al ser necesario almacenar energía en el material para hacerlo super-fuerte, en realidad los creadores solo han medido un “módulo de Young aparente”, comenta Spearing. Un verdadero módulo de Young es una propiedad inherente a un material, y debería ser más constante a lo largo de un rango de temperaturas más amplio, señala.

No obstante, el nuevo material podría tener aplicaciones útiles, comenta Spearing, tal vez para hacer fundas protectoras contra impactos. “Podríamos ser capaces de hacer amortiguadores que transmitieran muy bien las fuerzas bajo ciertas condiciones pero se comportase de modo diferente, y más suave, el resto del tiempo”, añade.

Scientists make a material that is more resistant to twisting the Diamond

ingles

particles by mixing the mineral barium titanate and molten tin. The diamond was considered so far the stiffest material known.

The new material has been created by a team from Washington State University and the University of Wisconsin-Madison, both in the U.S., and by scientists at the Ruhr University in Bochum, Germany.


The scientists mixed the molten tin, heated to a temperature of 300 º C, with pieces of a ceramic material called titanium barium, used to menido electronic insulating compounds. The diameter of the particles was about one tenth of a millimeter and are dispersed evenly throughout the tin using an ultrasonic probe (see photo above, the dark spots are the particles of barium titanate).

Once cooled ingots of the new material, the rectangular or cylindrical samples of 3 cm. and a long section of 2 mm. to verify their hardness. The responses of the samples to the elasticity test was carried out one of the sticking points to a strong support in the form of a bar and the other to a magnet which incorporated a small mirror.

Strong rhythm

We used an electromagnet to exert a force on the rhythmic material at a rate of 100 times per second. The resistance of the composite torque - called Young's modulus - was recorded by a light sensor that monitors the laser light that bounces off the mirror.

The tests were conducted at various temperatures. Between 58 º C and 59 ° C samples were the hardest diamond. Some proved to be 10 times more resistant to twisting.

"This is very ingenious," says researcher Mark Separing building materials, University of Southampton in the United Kingdom. "They have a very interesting material."

The stiffness of the material comes from the properties of barium titanate pieces, Spearing says. As the material cools its crystal structure changes, causing an expansion in its volume.

Tin matrix

"By being contained within a tin matrix, stress increases within the barium titanate," Spearing explains, "at a given temperature, this energy is released and is opposed to the torque.

Be necessary to store energy in the material to make super-strong, in fact, the creators have only measured a Young's modulus apparent, "says Spearing. A true Young's modulus is an inherent property of a material, and should be more constant over a wider temperature range, said.

However, the new material could have useful applications, says Spearing, perhaps to make protective sleeves impacts. "We may be able to transmit shocks well forces under certain conditions but behave differently, and softer, the rest of the time," he adds.