NeoFronteras

Crean un material más duro que el diamante

Área: Física — lunes, 29 de agosto de 2005

Foto
Fullereno C80.

Físicos alemanes han conseguido crear un material más duro que el diamante. Al igual que el diamante está basado en el carbono, pero su estructura cristalina es diferente. Es un agregado de nanobastones de carbono.
La dureza de un material se mide mediante el módulo de volumen isotermo. Los agregados de nanobastones tienen un módulo de 491 gigapascales (GPa), mientras que el del diamante es de 442 GPa. Ganas pues el nuevo material.
Natalia Dubrovinskaia y sus colegas de la Universidad de Bayreuth han publicado el resultado (App. Phys. Lett. 87 083106) además de patentarlo para posibles aplicaciones industriales.
El diamante está formado por carbono, pero cada átomo de carbono se une al siguiente a través un enlace covalente formando una única red cristalina; es por tanto un material muy homogéneo. El nuevo material es un agregado de bastones en el que cada uno es un cristal de 5 a 20 nanómetros de diámetro y una micra de longitud.
Para la fabricación del mismo, el grupo ha utilizado carbono-60 y lo han sometido a una presión de 20 GPa (unas 200 veces la presión atmosférica normal) y a una temperatura de 2500 Kelvin simultáneamente.
El nuevo material es un 0.3% más denso que el diamante y posee la compresibilidad más baja conocida.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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25 Comentarios

  1. CARLOS HERNANDEZ:

    Les escribo para ver si pueden ampliar mas sobre el tema ya que es muy interesante y además para pedirles un favor. Como proyecto de química me dejaron hacer un modelo de fulereno(60) y quisiera que me dieran un consejo de como poderlo hacer y que tipo de materiales serian los correctos para que fuera mas resistente.
    Esperando que puedan ayudarme me despido. Muchas gracias.

  2. Administrator:

    Puede encontrar más información sobre este tema en concreto en la referencia del artículo. Sobre furelenos en general hay bastante información en la red. Google da varios miles de entradas para la palabra “buckyballs”, pruebe a añadir “carbon” para acotar la búsqueda.
    En cuanto al modelo, hay unas piezas de plástico expresamente diseñadas para modelos de moléculas. Un juego consta de varios bolas de diversos colores y tamaños y de los conectores que hacen las veces de enlaces. Calcule cuántas necesita. Son necerarias 80 bolitas para el caso estandar. Se encuentran en tiendas de venta de material de laboratorio o por encargo.
    Ejemplos: http://www.indigo.com/models/molymod-molecular-model-sets.html
    http://www.nebraskascientific.com/store/details.asp?Category=Kits&Page=5

  3. Rodolfo Jimenez:

    Disculpen, pero deseo saber que es más duro el acero o un hueso, es que un amigo me comento que el hueso, pero sinceramente me dejo con la duda.

  4. Administrator:

    El lenguaje de la calle se queda corto a la hora de definir las características de un material. En ciencia siempre se trata de usar un lenguaje lo más preciso posible y si es posible con matemáticas.
    A veces decimos “duro” cuando en realidad queremos decir “resistente” o “tenaz”. En general cualquier sustancia cristalina es más dura que un metal, pero puede ser más frágil. El hueso, que es un “órgano” vivo con diversos tipos de tejidos. Está compuesto de células y de agregados minerales de calcio, así como de colágeno y otras sustancias. Tiene cierta flexibilidad, pero es frágil cuando se alcanza el punto de ruptura.
    La dureza de un hueso dependerá del lugar donde se mida. Probablemente el carbonato cálcico cristalizado sea más duro que el acero.
    En las personas mayores el hueso se descalcifica y se torna más frágil, necesitándose sustituir el hueso por una prótesis metálica.
    Si queremos medir la resistencia de algo tenemos que tener en cuenta en función de qué la medimos. Determinados plásticos como el kevlar o sustancias como la fibra de carbono y similares son más resistentes que el acero a igualdad de peso, pero quizás no en volumen o viceversa.
    Una cerámica es dura pero es frágil. Determinados materiales tienen alguna propiedad mecánica buena, pero carecen de otras. Debido a estas características se han creado materiales compuestos que combinan una buena propiedad de un material con otra de otro material distinto.
    Los metales pueden tener flexibilidad como el acero y presentar también un punto de ruptura o pueden tener plasticidad como el hierro. Todo depende de las impurezas, de su estructura cristalina (no significa transparencia, sino que sus átomos están ordenados) y de cómo cada cristal se agrega con los demás.
    Los metales presentan también fatiga. Un esfuerzo muy pequeño pero continuado puede hacer que la pieza de metal se rompa. Es la razón de que ocurran algunos accidentes de aviación.
    Para reemplazar huesos dañados se emplea normalmente titanio que es mucho más ligero que el acero y más tenaz y resistente a igualdad de peso. Además presenta una superficie de óxido que le hace biocompatible con el organismo humano.

  5. Marleny Medina:

    Hola bueno quisiera saber algo mas sobre los compuestos organicos (furelenos y los llamados cubanos) pues tengo un trabajo y la verdad es que no encuentro mucha informacion de estos compuestos. gracias por adelantado, chau.

  6. oscar amelines:

    Saludos, yo trabajo en modelacion molecular de reacciones de C80, ustedes ahi presentan la estructura del C80 pero no le veo la relacion con lo que hablan, les agradeceria aclararan si trabajan con C80 y si lo hacen, exactamente que han investigado acerca de este.

  7. NeoFronteras:

    La figura del C80 expuesta está sólo a título de ilustración. En el artículo se dice que para la creación del material han utilizado nanotubos de carbono, no C80.

  8. rocio isabel andrade brito:

    Quisiera saber si el concreto es mas duro que el hueso o el acero.

  9. Jesús Poza:

    ¡Hola! Si no he entendido mal una sustancia cristalina puede ser más dura que un metal, pero también más frágil. El hierro y el acero son, en general más elásticos. ¿Sería posible crear un material cristalino a partir del hierro o el acero, de tal forma que mantenga la homogeneidad del cristal pero gane en elasticidad? He leído que a través de materiales como el descrito en el artículo el ingeniero de la NASA Bradley C. Edwards ha planeado un diseño de ascensor espacial. ¿Todo esto es ciencia-ficción o posee algún viso de realidad?

  10. NeoFronteras:

    Gran parte de la investigación en nuevos materiales se hace sobre materiales que reunan todas las propiedades deseadas. Los materiales compuestos serían una de las soluciones.
    En cuanto al ascensor espacial es cientificamente posible, tecnológicamente no tanto y económicamente poco más o menos que imposible.

  11. fernando:

    Hola, ¿que tal? Soy de Argentina y quisiera saber si hay algún plástico mas duro y tenaz que el acero.

  12. evelin partricia:

    El diamante es el más lindo de todo el mundo y el más caro. Me gusta por que es hermoso y además elegante.

  13. octavio:

    El diamante no es conductor de la electricidad, ni puede soldarse….Entonces, para las aplicaciones del diamante industrial en herramientas electrodepositadas como se adhiere el diamante al zanco? ¿Dónde puedo investigarlo? ¿Pueden enviarme bibliografía?

  14. NeoFronteras:

    Para hacer crecer un material determinado sobre un substrato se necsita que éste último tenga un parametro de red muy similar al material a crecer. Es decir, que la estructura cristalina sea similar. De este modo con sputtering, MBE u otro sistema es posible hacer crecer este tipo de materiales.

  15. gustavo:

    ¿Qué diferencia hay entre ciencia blanda y ciencia duras, cuales son las ciencias que corresponden a cada una?

  16. luis fernando:

    Me parece excelente la información pero deberían colocar porque el diamante no es un buen conductor de electricidad. ¿A que se debe esto?

  17. NeoFronteras:

    Es una buena pregunta. De hecho se encuentra en los libros de texto para ejemplificar las diferentes propiedades físicas del grafito y el diamante, pese a estar hechos de carbono los dos.

  18. MANU:

    Me interesaría saber si el kevlar u otro material plástico podría ser igual de duro (hrc) y tenaz que el acero y si se podría utilizar para embutir acero, sin mas un saludo:
    Manu Fernandez

  19. juan:

    Quisiera saber como estarían ordenados por dureza y ligereza estos materiales: fibra de carbono, magnesio, aluminio y kevlar.

  20. alex:

    ¿Cómo puedo cortar el material acero mizer? ¿Con qué herramientas? ¿Cómo puedo cortar el material más duro y flexible que hay?

  21. Carlos Herrera:

    Basta con ver la tabla periódica y darnos cuenta de las características de los elementos. Muchos creen que el titanio es el metal mas fuerte, pero que queremos decir con fuerte?, si por fuerte queremos decir que es duro estamos en un error, pero si a eso vamos el vidrio o la cerámica serían los más fuertes ya que son más duras que casi cualquier metal. Pero luego decimos pero la cerámica y el vidrio no son fuertes porque se parten!. Claro el exceso de dureza trae un problema, la fragilidad. Con fuerte nos referimos a la tenacidad, la cualidad de resistit impactos sin cambiar de forma (sin romperse, doblarse o abollarse). Resulta que el titanio es un metal de dureza media que funde a 1668ºC, como el escandio 1539ºC, vanadio 1900ºC, cromo 1875ºC, hierro 1536ºC, cobalto 1495ºC, niquel 1453ºC, cobre 1083ºC, zinc 420ºC, aluminio 660ºC, plomo 327ºC, estaño 231ºC.

    Los metales más duros pero por ello poco trabajables, frágiles, pesados y carísimos son el Platino 1769ºC, Iridio 2500ºC, el Renio y el Osmio que funden a 3000ºC, el tantalio 2996ºC, el Wolframio o Tungsteno, el metal que mejor resiste la temperatura 3410ºC pero que es muy pesado, igual que el oro 1063ºC que extrañamente es el más blando y ductil y que también pertenece a ese grupo de metales.

    Definitivamente los metales más fuertes y que no son muy caros, ni tan blandos, ni tan quebradizos son: el Molibdeno 2610ºC!, el Niobio o Culombio 2468ºC! (excelente por ser de igual peso que el cobre pero es un poco caro), el Zirconio 1852ºC algo más liviano que el acero.
    El titanio, el escandio y el vanadio tienen muy buena relación peso/resistencia, tambien resisten bien los químicos y no son muy caros. Ya que el mejor metal es el que no pese casi nada y tenga un alto punto de fusión que se puede traducir como resistencia. La mejor relación la tiene el Berilio 1280ºC y es más liviano que el aluminio y la fibra de carbono con una densidad de 1,85g/cm3, es decir un cubo o dado de berilio pesa 1,85g en comparación con uno de hierro que pesa 7,86g,lo que quiere decir que un avión de berilio sería 4,24 veces más liviano, por ende más rápido, con mayor autonomía y menor consumo, mejor maniobrabilidad, mayor aceleración y menor longitud en la pista de aterrizaje!, no se emocionen el berilio no es nada barato 25g cuestan en strem 95$!.

    El mejor metal es aquel que tenga la mejor relación de bueno, bonito y barato! para la función que se requiere, es decir los aceros (que tienen pequeñas cantidades de todos esos metales extraños que nombré) jaja!. Todo eso lo se con solo ver la increible tabla periódica y leer algo. Se imaginan como hubiera afectado la historia si algunas civilizaciones hubieran descubierto el titanio y fabricado armas de este material contra las que usaran armas de acero!. Sería casi imposible ganarle a alguien con una espada de titanio que pesa la mitad de una de acero y que ademas es un poco mas fuerte que éste para el mismo volumen!. Solo con eso un soldado tendria el doble de resistencia y un tercio más de velocidad!. La edad del titanio jaja. Solo para que lo piensen.

  22. gonza:

    ¿Podrían por favor ayudarme? No tengo claro el concepto de dureza de los materiales. ¿Lo puedo determinar directamente de la tabla periodica, de sus tipos de enlaces? ¿Dónde encuentro esa información?
    Gracias
    Fago

  23. Luis Espinosa:

    Hola!
    Es muy interesante conocer sobre el desarrollo de materiales más resistentes. Me interesa conocer sobre esto ya que me desempeño en la cimentación profunda en donde para poder perforar en terrenos de roca u otros de determinada dureza, ciertamente son necesarios elementos que puedan atacar tales materiales. Actualmente lo más utilizado por su conveniencia es el carburo de tungsteno. Existen también herramientas de ataque como el diamante pero obviamente su costo se eleva por las nubes. ¿Que tan conveniente sería el carburo de titanio? ¿Le ven factibilidad económica al furuleno c80 para esta industria?

    Saludos y muy buen artículo.

  24. David:

    Mi duda es cuál es el metal o aleación más resistente y que sea menos tóxica.

  25. NeoFronteras:

    Esta referencia es nueva:

    http://neofronteras.com/?p=858

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