El equipo de investigación del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE.UU. ha publicado recientemente resultados en la revista Advanced Functional Materials, desarrollando una tecnología innovadora que utiliza nanofibras de carbono para mejorar la fuerza de unión interfacial en materiales compuestos de fibra de carbono. Este avance, liderado por los investigadores de ORNL Sumit Gupta y Chris Bowland, promete proporcionar materiales estructurales más livianos y resistentes para los campos automotriz y aeroespacial. La fibra de carbono se prepara para instalarse en un dispositivo para probar su adherencia al matriz polimérico. Los investigadores de ORNL están utilizando nanofibras poliméricas para mejorar la adherencia de los materiales compuestos de fibra de carbono, elevando así su rendimiento.

Esta tecnología emplea un proceso de electrohilado para hilar precursores de poliacrilonitrilo en fibras de aproximadamente 200 nanómetros de diámetro, formando estructuras especiales en la superficie de las fibras de carbono. El investigador de ORNL Sumit Gupta indicó: “Descubrimos que la acción sinérgica química y mecánica de las nanofibras de carbono mejora significativamente la fuerza de unión interfacial, algo difícil de lograr con métodos tradicionales”. Los datos experimentales muestran que, tras adoptar esta tecnología, la resistencia a la tracción del compuesto aumenta en un 50%, y la tenacidad se duplica casi.

El equipo de investigación utilizó instalaciones avanzadas de caracterización de ORNL, incluyendo dispersión de rayos X e imagen por resonancia magnética nuclear, para analizar a microescala los mecanismos de interacción entre fibras y matriz. Chris Bowland señaló: “Mediante la regulación precisa de los parámetros de electrohilado, podemos optimizar la orientación de las fibras y los modos de unión química, construyendo puentes efectivos de transferencia de estrés entre materiales heterogéneos”.

Esta tecnología no solo mejora el rendimiento de los materiales, sino que también podría reducir los costos de producción. Al fortalecer la unión interfacial, los fabricantes pueden reducir la cantidad de fibras de carbono utilizadas e incluso aprovechar fibras cortas que de otro modo se desecharían. Actualmente, el equipo ha solicitado una patente para esta tecnología y busca socios industriales para su transferencia.

Además de aplicaciones tradicionales, esta tecnología abre nuevas posibilidades para materiales compuestos. El equipo está explorando su combinación con materiales auto-perceptivos para desarrollar compuestos inteligentes que monitoreen en tiempo real el estado de salud estructural. Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE.UU. a través de instalaciones de usuarios, y el trabajo de simulación relacionado se realizó utilizando la supercomputadora Frontier de ORNL.