Un equipo de investigadores anuncia que ha desarrollado una nueva aleación de metal de cromo, cobalto y níquel que es más de cien veces más fuerte que el grafeno. Este material, ahora considerado el más fuerte de la Tierra, podría tener múltiples aplicaciones. Los detalles del estudio se publican en la revista Science.

¿La receta perfecta?

Encontrar materiales estructurales con buenas propiedades de fractura a temperaturas muy bajas es un desafío. De hecho, son muy importantes en muchos campos, en particular en el de la exploración espacial. Hace unos meses, investigadores de la Universidad de California en Berkeley desarrollaron uno de estos materiales. Se trata de una aleación de cromo-cobalto-níquel.

Este material es un ejemplo de una aleación de alta entropía. Por lo general, las aleaciones consisten en un elemento principal al que se agregan pequeñas cantidades de elementos adicionales. Los llamados de “alta entropía” consisten en una mezcla igual de cada elemento constituyente.

La aleación tiene la particularidad de ser extremadamente maleable o dúctil. Esto significa que puede doblarse bajo presión para resistir la fractura. Varios mecanismos clave permiten esta maleabilidad. Uno de ellos provoca, por ejemplo, la dislocación de átomos en la aleación bajo presión.

Cada uno de estos mecanismos entra en acción en una etapa posterior cuando aumenta la presión sobre el material, detalle los autores. Esta es la receta perfecta para una alta tenacidad.“.

aleación de cromo-cobalto-níquel
Imagen de microscopio de una trayectoria de fractura en una aleación de cobalto, cromo y níquel durante una prueba de tensión a -253 °C. Créditos: Robert Ritchie/Berkeley Lab

Temperaturas criogénicas

Lo notable es que estos mecanismos se vuelven aún más efectivos a temperaturas muy bajas. Los investigadores primero sometieron la aleación a un temperatura alrededor de -196°C. Para su sorpresa, su robustez solo mejoró.

Luego, el equipo empujó los límites del material. Para ello, expusieron la aleación a helio líquido, que puede enfriarse hasta temperaturas de -253°C. Usando difractometría de neutrones, una técnica de análisis basada en la difracción de neutrones en la materia, los investigadores pudieron observar cómo se formaban las grietas a medida que aumentaba la presión.

La gente habla de la dureza del grafeno. Se mide a sólo cuatro megapascales por metro.“, especifica Robert Ritchie, coautor del trabajo. ” La tenacidad de las aleaciones de aluminio utilizadas en los aviones es de treinta y cinco megapascales por metro. Este material tiene una tenacidad de 400 a 500 megapascales por metro… Son cifras asombrosas“.

Una de las desventajas del grafeno es que su alta resistencia solo se mantiene a escalas nanométricas. Aquí, las muestras de la aleación de cromo, cobalto y níquel probadas por los investigadores tenían el tamaño de un paquete de cigarrillos, lo que sugiere posibles aplicaciones criogénicas cotidianas. Estas aplicaciones potenciales van desde infraestructura espacial hasta contenedores resistentes a fracturas para usos de energía limpia.

El único inconveniente: dos de los tres elementos de esta aleación (níquel y cobalto) tienen un precio prohibitivo, lo que podría limitar el uso de esta aleación en el futuro.