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Ingenieros del MIT crean lo «imposible»: nuevo material que es más fuerte que el acero y tan liviano como el plástico

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Video de archivo para ilustrar el concepto de un teléfono celular súper fuerte.

La nueva sustancia es el resultado de una hazaña que se creía imposible: polimerizar un material en dos dimensiones.

Utilizando un nuevo proceso de polimerización,[{» attribute=»»>MIT chemical engineers have created a new material that is stronger than steel and as light as plastic, and can be easily manufactured in large quantities.

The new material is a two-dimensional polymer that self-assembles into sheets, unlike all other polymers, which form one-dimensional, spaghetti-like chains. Until now, scientists had believed it was impossible to induce polymers to form 2D sheets.

Such a material could be used as a lightweight, durable coating for car parts or cell phones, or as a building material for bridges or other structures, says Michael Strano, the Carbon P. Dubbs Professor of Chemical Engineering at MIT and the senior author of the new study.

“We don’t usually think of plastics as being something that you could use to support a building, but with this material, you can enable new things,” he says. “It has very unusual properties and we’re very excited about that.”

The researchers have filed for two patents on the process they used to generate the material, which they describe in a paper published in Nature on February 2, 2022. MIT postdoc Yuwen Zeng is the lead author of the study.

Lightweight Material Is Stronger Than Steel

The new material is a two-dimensional polymer that self-assembles into sheets and could be used as a lightweight, durable coating for car parts or cell phones, or as a building material for bridges or other structures. Credit: polymer film courtesy of the researchers; Christine Daniloff, MIT

Two dimensions

Polymers, which include all plastics, consist of chains of building blocks called monomers. These chains grow by adding new molecules onto their ends. Once formed, polymers can be shaped into three-dimensional objects, such as water bottles, using injection molding.

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Polymer scientists have long hypothesized that if polymers could be induced to grow into a two-dimensional sheet, they should form extremely strong, lightweight materials. However, many decades of work in this field led to the conclusion that it was impossible to create such sheets. One reason for this was that if just one monomer rotates up or down, out of the plane of the growing sheet, the material will begin expanding in three dimensions and the sheet-like structure will be lost.

However, in the new study, Strano and his colleagues came up with a new polymerization process that allows them to generate a two-dimensional sheet called a polyaramide. For the monomer building blocks, they use a compound called melamine, which contains a ring of carbon and nitrogen atoms. Under the right conditions, these monomers can grow in two dimensions, forming disks. These disks stack on top of each other, held together by hydrogen bonds between the layers, which make the structure very stable and strong.

“Instead of making a spaghetti-like molecule, we can make a sheet-like molecular plane, where we get molecules to hook themselves together in two dimensions,” Strano says. “This mechanism happens spontaneously in solution, and after we synthesize the material, we can easily spin-coat thin films that are extraordinarily strong.”

Because the material self-assembles in solution, it can be made in large quantities by simply increasing the quantity of the starting materials. The researchers showed that they could coat surfaces with films of the material, which they call 2DPA-1.

“With this advance, we have planar molecules that are going to be much easier to fashion into a very strong, but extremely thin material,” Strano says.

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Light but strong

The researchers found that the new material’s elastic modulus — a measure of how much force it takes to deform a material — is between four and six times greater than that of bulletproof glass. They also found that its yield strength, or how much force it takes to break the material, is twice that of steel, even though the material has only about one-sixth the density of steel.

Matthew Tirrell, dean of the Pritzker School of Molecular Engineering at the University of Chicago, says that the new technique “embodies some very creative chemistry to make these bonded 2D polymers.”

“An important aspect of these new polymers is that they are readily processable in solution, which will facilitate numerous new applications where high strength to weight ratio is important, such as new composite or diffusion barrier materials,” says Tirrell, who was not involved in the study.

Another key feature of 2DPA-1 is that it is impermeable to gases. While other polymers are made from coiled chains with gaps that allow gases to seep through, the new material is made from monomers that lock together like LEGOs, and molecules cannot get between them.

“This could allow us to create ultrathin coatings that can completely prevent water or gases from getting through,” Strano says. “This kind of barrier coating could be used to protect metal in cars and other vehicles, or steel structures.”

Strano and his students are now studying in more detail how this particular polymer is able to form 2D sheets, and they are experimenting with changing its molecular makeup to create other types of novel materials.

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Reference: “Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material” by Yuwen Zeng, Pavlo Gordiichuk, Takeo Ichihara, Ge Zhang, Emil Sandoz-Rosado, Eric D. Wetzel, Jason Tresback, Jing Yang, Daichi Kozawa, Zhongyue Yang, Matthias Kuehne, Michelle Quien, Zhe Yuan, Xun Gong, Guangwei He, Daniel James Lundberg, Pingwei Liu, Albert Tianxiang Liu, Jing Fan Yang, Heather J. Kulik and Michael S. Strano, 2 February 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-04296-3

The research was funded by the Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT) an Energy Frontier Research Center sponsored by the U.S. Department of Energy Office of Science, and the Army Research Laboratory.

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Primer vuelo del astronauta Boeing Starliner: actualizaciones en vivo

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Primer vuelo del astronauta Boeing Starliner: actualizaciones en vivo

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Los astronautas del primer Starliner completan el ensayo general antes del lanzamiento el 6 de mayo.

Los astronautas de la NASA Butch Wilmore y Suni Williams completaron un importante ensayo general antes de su histórico lanzamiento en Boeing Starliner no antes del 6 de mayo, anunciaron funcionarios de la agencia el viernes 26 de abril, horas después de que terminara el ensayo.

«Wilmore y Williams completaron una serie de pasos el día del lanzamiento, incluido vestirse, trabajar en un simulador de cabina y utilizar el mismo software que se utilizará durante el lanzamiento», añadió. Los funcionarios de la NASA escribieron en una publicación de blog el viernes 26 de abril.

El ensayo tuvo lugar en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Orlando, Florida, e incluyó un procedimiento de cuenta atrás con la nave espacial Starliner, que se encuentra encima del cohete Atlas V de United Launch Alliance que lo llevará a la Estación Espacial Internacional (ISS).

La prueba de vuelo tripulada de una semana de duración completó con éxito su revisión final de preparación para el vuelo con la NASA el jueves 25 de abril. CFT, la primera misión Starliner con astronautas, tiene como objetivo certificar la nave espacial para misiones de seis meses a la ISS que podrían comenzar ya en 2025. Lea más sobre el lanzamiento de Starliner aquí en Space.com.

Los astronautas de Starliner llegan al sitio de lanzamiento

Los astronautas de la prueba de vuelo de la tripulación de Boeing Butch Wilmore (izquierda) y Suni Williams, ambos de la NASA, llegan al Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida el 25 de abril a bordo de un avión T-38 antes de su lanzamiento. (Crédito de la imagen: NASA)

Los dos astronautas de la NASA que volarán a bordo de la primera nave espacial Starliner tripulada de Boeing han llegado al Centro Espacial Kennedy en Florida para preparar su histórico lanzamiento a la Estación Espacial Internacional el próximo 6 de mayo.

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El comandante de pruebas de vuelo de la tripulación del Boeing Starliner, Butch Wilmore, y la piloto Sunita Williams aterrizaron su avión supersónico T-38 de la NASA en el Centro de Lanzamiento y Aterrizaje del centro espacial después de un corto vuelo desde Ellington Field en Houston, cerca del Centro Espacial Johnson.

Los astronautas se lanzarán a la ISS a bordo del Starliner de Boeing y un cohete Atlas V desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 en la Estación Espacial de Cabo Cañaveral, cerca de KSC. Su misión de una semana a la ISS es un crucero de prueba final para que el Starliner de Boeing demuestre que está listo para los vuelos operativos de la tripulación de la NASA. Al final de la misión, Starliner se lanzará en paracaídas a la Tierra y aterrizará en el suroeste de Estados Unidos.

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La NASA publica impresionantes time-lapses de supernovas que muestran 20 años en 20 segundos

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La NASA publica impresionantes time-lapses de supernovas que muestran 20 años en 20 segundos

La NASA ha lanzado dos nuevas películas que muestran observaciones cambiantes de dos fuentes bien conocidas en el cielo: Casiopea A y la Nebulosa del Cangrejo. Los dos protagonistas son los restos de estrellas masivas que se convirtieron en supernovas en nuestra galaxia. Los vídeos a intervalos condensan 20 años de datos del telescopio de rayos X Chandra en sólo 20 segundos espectaculares.

La explosión que creó la Nebulosa del Cangrejo apareció en nuestro cielo hace casi 1.000 años, en 1054. Fue reportada por astrónomos chinos y muchos otros en todo el mundo (la falta de menciones en Europa podría tener que ver con la Iglesia Católica). La supernova dejó un púlsar y Chandra pudo rastrear los cambios muy energéticos alrededor de este objeto extremo entre 2000 y 2022.

Esto ya es extraordinario, y se realizarán aún más observaciones, ya que el chorro visible en las observaciones de 2022 será rastreado nuevamente a finales de este año.

El púlsar en el centro de la Nebulosa del Cangrejo visto a lo largo del tiempo.

Crédito de la imagen: NASA/CXC/SAO; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt, J. Major, A. Jubett, K. Arcand

Cassiopeia A es un remanente de supernova mucho más joven. Era visible desde la Tierra hace 340 años y Chandra también lo ha estado observando desde 2000. Las observaciones anteriores que mostraban sus cambios se centraban en el período de 2000 a 2013, pero en el nuevo lapso de tiempo esto se ha extendido hasta 2018. Las ondas de choque son visibles en observaciones, donde las partículas se aceleran y emiten rayos X.

Casiopea A tiene una estrella de neutrones en su corazón, descubierta por Chandra poco después del lanzamiento del telescopio en 1999. Las observaciones fueron esenciales para ayudarnos a comprender mejor cómo las estrellas se convierten en supernovas y cómo se forman estrellas de neutrones y púlsares regulares durante este proceso.

Las imágenes de Cassiopeia A fueron reprocesadas recientemente con una nueva técnica que llevó la aguda visión de Chandra al límite. Las dos nuevas películas muestran la capacidad de Chandra para demostrar observaciones y datos capturados durante un período humano.

El artículo que describe la nueva técnica de imagen se publica en La revista de astrofísica.

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Corea del Sur lanzará un centro de seguridad espacial bajo la supervisión de una agencia de espionaje

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Corea del Sur lanzará un centro de seguridad espacial bajo la supervisión de una agencia de espionaje

Corea del Sur envía su primer satélite espía a órbita el 2 de diciembre desde la Estación Espacial Vandenberg de California. (Espacio X)

Corea del Sur se está preparando para establecer un centro de seguridad espacial bajo el Servicio de Inteligencia Nacional.

Como parte de las revisiones del decreto presidencial que entró en vigor el martes, el NIS gestionará el Centro Nacional de Seguridad Espacial, dedicado a actividades de inteligencia relacionadas con el sector espacial.

Con el lanzamiento del centro, la agencia de espionaje del país tendrá la autoridad para responder a las amenazas a los activos y sistemas espaciales del país y otras amenazas enemigas en el dominio espacial, además de recopilar y analizar inteligencia espacial.

El NIS desarrollará y difundirá tecnologías para mejorar la seguridad espacial, y su director asumirá funciones relacionadas con el Centro de Operaciones de Satélites de Corea junto con el ministro de Ciencia, según el decreto revisado.

El decreto revisado también otorga a la agencia de espionaje la autoridad para participar en las operaciones de los dos satélites de reconocimiento militar de Corea del Sur y otros activos espaciales.

Las últimas revisiones de la orden ejecutiva presidencial sobre seguridad espacial se realizaron para aclarar el alcance de los programas de la agencia de espionaje ampliados mediante una enmienda a la Ley del Servicio Nacional de Inteligencia en diciembre de 2020. La enmienda añadió espacio de seguridad al papel y las responsabilidades de la agencia.

Oficiales militares de Corea del Sur dicen que Corea del Norte podría enviar nuevos satélites espías al espacio después de que el primero fuera puesto en órbita con éxito en noviembre pasado.

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Aunque Shin Won-sik, jefe de defensa de Seúl, no cree que el único satélite de reconocimiento militar de Corea del Norte sea capaz de llevar a cabo «actividades de espionaje significativas», los futuros satélites podrían equiparse con capacidades mejoradas con la ayuda de Rusia.

En una cumbre celebrada en septiembre del año pasado, Rusia dijo que proporcionaría a Corea del Norte tecnologías espaciales como parte de la ampliación de la cooperación militar entre los dos países.

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