¿Cuál es el material más resistente? II

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En la entrada anterior, https://www.science4kids.es/wp/cual-es-el-material-mas-resistente-i/, nos preguntábamos: ¿Podría el escudo del Capitán América fabricarse de grafeno? Tratemos de responder a esta pregunta.

El grafeno, la sustancia más resistente conocida, está formada por átomos de carbono con una estructura similar a la del grafito pero en una lámina de un átomo de espesor, esto es, el grafeno es simplemente una lámina única de grafito.

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Se considera 200 veces más fuerte que el acero siendo cinco veces más ligero. Se dice que una de estas láminas de grafeno de un sólo átomo de grosor es capaz de resistir el peso de un elefante haciendo equilibrios encima de un lápiz.

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Más allá de su alta resistencia a la penetración y a la rotura el grafeno tiene propiedades innumerables y asombrosas :
• Es altamente elástico, se puede expandir un diez por ciento de forma reversible (¡como si fuera un muelle!)
• Es casi completamente transparente
• Tiene gran capacidad para soportar enormes temperaturas sin cambiar de estado
• El material es capaz de auto repararse. Sí, sí, cuando su estructura se rompe, hay fuerzas de atracción que afectan a los átomos de carbono vecinos de manera que el grafeno «teje» el agujero y lo cierra.

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¿A qué estamos esperando? ¡Fabriquemos ya el escudo! Es más ¡Fabriquemos los trajes de todos los superhéroes! Porque, además, ¡el grafeno es capaz de detener las balas!. ¡No podemos pedir más!

Super Turkey Bulletproof

Pero, no nos emocionemos, existe un problema: El proceso de fabricación del grafeno es hoy día muy complejo y por el camino el material pierde parte de sus magníficas propiedades.

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Hasta ahora tan sólo se ha conseguido sintetizar grafeno de manera estable y manteniendo sus propiedades en un tamaño muy pequeño, entre 2,5 y 30 centímetros. Vaya, con estos tamaños no tenemos para el escudo; ni siquiera para remendar los trajes.

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No hay que desanimarse. Pensemos: si combináramos el grafeno con otro material, por ejemplo con una aleación metálica, ¿podríamos lograr las extraordinarias propiedades que buscamos? Lo veremos en la última entrega de esta serie.

¿Cuál es el material más resistente? I

Este fin de semana hemos visto en casa de unos amigos la película «El Capitán América: El Soldado de Invierno». A los niños les llamaba mucho la atención el escudo del superhéroe, forjado de una aleación única de adamatium y vibranium, materiales de ficción dotados de unas cualidades súper extraordinarias.

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Discutían acerca de qué material real podría hacerse un escudo como aquél. Uno de los niños que veía con nosotros la película preguntó: ¿Podría fabricarse un escudo como el del Capitán América de diamante? ¿No es el material más duro que existe?.
El diamante es uno de los materiales más duros que existen, efectivamente, pero no sería un buen candidato para fabricar un escudo de superhéroe ya que esa «dureza» representa la resistencia a ser rayado cuando se roza con otro material.

Debido entonces a su dureza, si se frota contra otro material en casi todos los casos el otro material acaba rayado mientras el diamante se mantiene intacto.
Por tanto el diamante es muy difícil de penetrar. También es relativamente ligero, pesa la mitad que el acero o el hierro, lo cual es una buena cualidad para un escudo que el Capitán América lanza con frecuencia.
El problema de un escudo de diamante es que no soportaría bien los golpes. La resistencia de un material a romperse tras recibir un impacto o caer desde una determinada altura se denomina «tenacidad» y la del diamante es baja, de hecho puede romperse sin demasiada dificultad golpeándolo con un martillo normal, y no digamos si se trata del Martillo de Thor.

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Diamante

Más preguntas surgieron entonces: Si el escudo no puede ser de diamante, ¿qué materiales hay más duros que el diamante?
El diamante es un mineral formado por átomos de carbono al igual que el grafito de nuestros lápices, átomos que sin embargo se distribuyen de forma distinta. En el diamante los átomos de carbono están fuertemente unidos en todas direcciones, por eso es extremadamente duro y tiene propiedades eléctricas, ópticas y químicas muy útiles que lo hacen una materia prima muy valiosa no solo como objeto de lujo sino por sus aplicaciones industriales.

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En el grafito sin embargo los átomos de carbono se organizan en láminas planas unidas entre sí y que se deslizan unas sobre otras con facilidad, motivo por el que se desgasta con el rozamiento y sirve para escribir.

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Grafito

Si se comprime el grafito a presiones muy elevadas se obtienen materiales aún más duros que el diamante. Aplicándole una presión enorme se obtiene el hiperdiamante que resulta un 10% más duro que el diamante corriente.

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Hiperdiamante

Comprimiéndolo a presiones aún más elevadas, tanto que hace falta que un meteorito conteniendo grafito impacte sobre la Tierra, se obtiene la lonsdaleíta, un mineral que se estima un 58% más duro que el diamante.

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Y aún más duro es el grafeno, la sustancia más resistente conocida.
¿Será el grafeno el idóneo para el escudo de nuestro superhéroe? ¿Habrá algún otro candidato?