Los compuestos de aerogel de aramida y cerámica combinan aislamiento ligero, resistencia mecánica y resistencia al desgaste para aplicaciones aeroespaciales, electrónicas y de equipos de protección.
Cómo afrontar entornos adversos con compuestos de aramida y cerámica
Los materiales resistentes al desgaste y con aislamiento térmico, diseñados para entornos hostiles, suelen presentar desafíos inesperados durante su desarrollo y fabricación. Por un lado, el material debe mantener propiedades específicas, como la resistencia al impacto; sin embargo, su rendimiento a menudo se degrada (en concreto, la resistencia al calor disminuye) a altas temperaturas. En consecuencia, la creación de textiles de protección térmica duraderos suele requerir procesos de fabricación complejos que implican la combinación de múltiples materiales.
aramida fibras Se utilizan ampliamente en aplicaciones de protección, como en equipos para bomberos y personal de emergencias, debido a sus excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, sus características térmicas limitan su utilidad; su conductividad térmica relativamente alta y su naturaleza polimérica sensible a la temperatura dificultan proporcionar una protección térmica adecuada en un amplio rango de temperaturas, manteniendo al mismo tiempo una resistencia mecánica robusta.
En cambio, los aerogeles cerámicos ofrecen excepcionales capacidades de aislamiento gracias a su estructura mesoporosa, que presenta una elevada superficie específica y baja densidad. Sin embargo, estos materiales ultraligeros adolecen de fragilidad mecánica y un rendimiento mecánico deficiente.
Investigadores de la Universidad de Buffalo han combinado las ventajas de ambos materiales para desarrollar un nanocompuesto de aerogel de aramida/cerámica resistente al desgaste que presenta excelentes propiedades mecánicas y térmicas.
(Por ejemplo, este nanocompuesto de aerogel de aramida que reposa sobre un capullo de flor)
En la imagen se muestra una muestra del nuevo nanocompuesto de aerogel de aramida sobre un capullo de flor, lo que demuestra la ligereza del material. Estas características convierten al nuevo nanocompuesto en un candidato prometedor para la producción a bajo coste de textiles para prendas de vestir destinados a entornos exigentes, como la industria aeroespacial, la electrónica y los equipos de protección personal.
Un equipo liderado por un profesor de la Universidad de Buffalo informó sobre sus hallazgos acerca de este compuesto avanzado de aerogel de aramida-cerámica, mostrando un material con baja densidad (0,08 g cm⁻³), baja conductividad térmica (0,034 W m⁻¹ K⁻¹) y alta compresibilidad, junto con una resistencia a la compresión de 1,1 MPa. El proceso implica la preparación de un tejido de aerogel de aramida a través de una reacción de reticulación in situ entre
fibras de aramida y precursores de aerogel de sílice (HCl, micelas de CTAB, urea y silicato de sodio). Nanowerk describe el proceso de fabricación: "Empleamos una estrategia de fabricación simple y escalable para producir el nanocompuesto mediante una reacción de reticulación in situ entre aerogel de sílice nanoporoso y fibras de aramida; las fibras de nanocompuesto resultantes forman una red 3D interconectada con una matriz de sílice mesoporosa hueca". La estructura de fibra de aerogel presenta una red porosa interconectada y un alto contenido de aire atrapado, lo que confiere al compuesto de fibra de aramida-aerogel un rendimiento de aislamiento térmico excepcional, incluso en entornos extremos que van desde -196 °C hasta 400 °C.
La clave de este método de fabricación reside en la reticulación in situ que se produce entre los precursores del aerogel de sílice y las fibras de aramida. Durante el proceso de secado a presión ambiente, los precursores se transforman en aerogel de sílice nanoporoso y se depositan sobre las fibras de aramida. Estas últimas forman una red de percolación, mientras que el aerogel de sílice se reticula y se deposita sobre dicha red. La unión interfacial entre las fibras de aramida y el aerogel, establecida durante la gelificación, previene además el colapso de la red de fibras.
Tras haber demostrado con éxito las propiedades superiores de este material aislante nanocompuesto, el equipo está investigando ahora aplicaciones específicas, entre las que se incluyen sistemas de aislamiento térmico y resistentes al desgaste, blindajes resistentes a los impactos y componentes estructurales para aplicaciones sensibles a la temperatura.
