Nanomateriales para ‘domesticar’ el fuego. Los investigadores han desarrollado una técnica que utiliza una capa protectora delgada como una molécula para controlar cómo el calor de la llama interactúa con el material. Domesticando el fuego y permitiendo a los usuarios ajustar con precisión las características del material procesado.
“El fuego es una valiosa herramienta de ingeniería. Después de todo, un alto horno es solo un fuego intenso”. Esto lo dice Martin Thuo, autor del artículo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Sin embargo, una vez que se inicia un incendio, se pierde el control sobre cómo se comporta.
“Nuestra técnica, que llamamos degradación térmica inversa (ITD), emplea una película delgada a nanoescala sobre un material específico. La película delgada cambia en respuesta al calor del fuego y regula la cantidad de oxígeno que puede acceder al material.
Eso significa que podemos controlar la velocidad a la que se calienta el material. Lo que, a su vez, influye en las reacciones químicas que tienen lugar dentro del material. Básicamente, podemos ajustar cómo y dónde el fuego cambia el material”.
Así es como funciona ITD
Comienza con su material de destino, como una fibra de celulosa. Luego, esa fibra se recubre con una capa de moléculas de un nanómetro de espesor. Las fibras recubiertas se exponen luego a una llama intensa.
La superficie exterior de las moléculas se quema fácilmente, elevando la temperatura en las inmediaciones. Pero la superficie interna del recubrimiento molecular cambia químicamente, creando una capa de vidrio aún más delgada alrededor de las fibras de celulosa.
Este vidrio limita la cantidad de oxígeno que puede acceder a las fibras, evitando que la celulosa se incendie. Mientras tanto, las fibras arden sin llama y lentamente, de adentro hacia afuera.
“Sin la capa protectora del ITD, aplicar llamas a las fibras de celulosa solo generaría cenizas”, dice Thuo. “Con la capa protectora del ITD, terminas obteniendo tubos de carbono. Podemos diseñar la capa protectora para ajustar la cantidad de oxígeno que llega al material objetivo. Y diseñar el material objetivo para producir ciertas características deseables”.
Los investigadores realizaron demostraciones de prueba de concepto con fibras de celulosa para producir tubos de carbono a microescala. En el transcurso del experimento pudieron determinar el grosor de las paredes de los tubos de carbono. Y lo hicieron controlando el tamaño de las fibras de celulosa con las que comenzaron.
Para ello introdujeron varias sales en las fibras (lo que controla aún más la velocidad de combustión). Y fueron variando la cantidad de oxígeno que pasa a través de la capa protectora. Hasta encontrar el punto óptimo.
“Ya tenemos varias aplicaciones en mente, que abordaremos en futuros estudios”, dice Thuo. «También estamos abiertos a trabajar con el sector privado para explorar varios usos prácticos. Como el desarrollo de tubos de carbono diseñados para la separación de agua y aceite, que serían útiles tanto para aplicaciones industriales como la protección del medio ambiente«. Nanomateriales para ‘domesticar’ el fuego.
Referencia: artículo publicado en Angewandte Chemie.
