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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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Esterilización distribuida de reactores de plasma compactos para protección planetaria en misiones espaciales

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Integración de CPPRs y su colocación dentro de la caja de esterilización

biorxiv

Este artículo presenta un estudio de prueba de concepto que establece la efectividad del esterilizador de plasma activo (APS) para la esterilización en la protección planetaria.

APS utiliza reactores de plasma portátiles compactos (CPPR) para producir una descarga de barrera dieléctrica superficial, un tipo de plasma frío, que utiliza aire ambiental para generar y distribuir especies reactivas como el ozono que se utiliza para la descontaminación. Se realizaron pruebas de esterilización con bacterias patógenas (Escherichia coli y Bacillus subtilis) sobre materiales (Aluminio, Policarbonato, Kevlar y Orthofabric) relevantes para misiones espaciales.

Los resultados muestran que APS puede lograr reducciones logarítmicas de 4 a 5 en bacterias patógenas en cuatro materiales seleccionados, simultáneamente en 11 puntos en 30 minutos, usando 13,2 +/- 2,22 W de potencia. Las pruebas de esterilización espacial de datos muestran que APS puede esterilizar uniformemente múltiples áreas de una superficie contaminada en 30 minutos. La penetración del ozono a través de las capas de Kevlar y Orthofabric se logró utilizando CPPR sin un agente externo que facilitara la penetración. Las pruebas preliminares de compatibilidad de materiales con análisis SEM de materiales expuestos a APS no mostraron daños materiales significativos.

Por lo tanto, este estudio muestra el potencial de APS como una tecnología de esterilización duradera y liviana para la protección planetaria con las ventajas de una descontaminación espacial uniforme, bajas temperaturas de procesamiento, tiempos de exposición cortos, compatibilidad de materiales y la capacidad de desinfectar superficies porosas.

Declaración de Conflicto de Intereses

La patente provisional de EE. UU. (63/417,672) se presentó para el esterilizador de plasma activo para aplicaciones espaciales el 19 de octubre de 2022. La patente de EE. UU. 10,651,014 se emitió para el reactor de plasma portátil compacto el 12 de mayo de 2020.

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Bhaswati Choudhury, Tamara Revazishvili, Maria Lozada, Sarthak Roy, Emma Noelle Mastro, Sherlie Portugal, Subrata Roy https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.14.516453v1

Astrobiología

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5 obsequios que crearán un espacio muy necesario entre usted y su SO

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Los últimos dos años nos han obligado a acercarnos más que nunca a nuestros seres queridos. Como, camisa de fuerza cerrada. En otras palabras: te vendría bien un poco de espacio. No una separación permanente, por supuesto, sino una separación a corto plazo. Sí. Por favor. Ahora. Presentamos cinco ideas de regalos que harán crecer su corazón creando una distancia temporal entre usted y el resto de su hogar.

1. Fin de líneas

En noviembre, JSX Airlines comenzó a ofrecer vuelos directos desde el Aeropuerto Metropolitano de las Montañas Rocosas en Broomfield hasta el Aeropuerto Internacional Phoenix Sky Harbor cinco días a la semana. La aerolínea con sede en Dallas usa aviones más pequeños que no requieren que los pasajeros crucen las líneas de la TSA, pero los boletos de ida y vuelta cuestan menos de $500.

2. Guerrero de la carretera

La oferta más reciente de Rossmönster, con sede en Longmont, la serie Lagom (desde $205 por noche) consiste en plataformas de alquiler listas para todo terreno con una casa rodante emergente de costado rígido que podría acomodar a dos, pero también sería súper cómoda para uno (sugerencia , insinuación). Y las ventanas del piso al techo ofrecen vistas panorámicas del paisaje, lo que podría inspirar al destinatario del regalo a permanecer en la naturaleza durante una o dos puestas de sol adicionales.

3. Compra el libro

Galena Mountain Projects, un minorista de actividades al aire libre en Leadville, tiene todo lo que necesita para alentar a su SO a dirigirse a las colinas, incluidas las guías del Valle de Arkansas que brindan conocimientos locales sobre las mejores rocas soleadas y la pista única fluida de la región. Combina una libra con la camisa 5-9-5 de Galena ($86), una mezcla versátil de spandex con un toque occidental, para que tu pareja pueda vestirse mientras explora.

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4. Solo de batería

Regálate la calma enviando a tu incipiente Dave Grohl a Drum Box. La compañía de tres años ha transformado dos vestíbulos de cajeros automáticos, en Longmont y Lafayette, en mini estudios de batería equipados con kits de cuatro y cinco piezas. Reserve en línea (una hora cuesta $30, pero un paquete de 10 sesiones de una hora cuesta $150) y boom: el sonido del silencio.

5. Cubre tus huellas

Los niños tienen una tendencia a romper cosas, como ese elegante dispositivo de rastreo Apple AirTag que les diste la Navidad pasada para monitorear sus movimientos. Este año, coloque una elegante funda protectora de OtterBox con sede en Fort Collins en sus medias para que sirva como protección. Décorée de tourbillons vibrants, la nouvelle option de la série Figura de la société (20 $) est fabriquée avec du caoutchouc synthétique et dispose d’un clip pratique pour protéger votre tranquillité d’esprit pendant que vos enfants sont en déplacement, vous laissant seul En casa.

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Los astronautas instalan un nuevo panel solar fuera de la Estación Espacial Internacional – Spaceflight Now

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El astronauta de la NASA Josh Cassada, vestido con el traje espacial de rayas rojas, sostiene el panel solar desplegable de la ISS mientras viaja en el brazo robótico de la estación espacial el sábado. Crédito: NASA TV/Vuelo espacial ahora

Los astronautas de la NASA Josh Cassada y Frank Rubio se dirigieron fuera de la Estación Espacial Internacional el sábado para una caminata espacial de siete horas para instalar y desplegar una matriz solar recientemente desplegada recientemente entregada por el buque de carga SpaceX.

Cassada y Rubio, ambos en sus primeros vuelos espaciales, comenzaron la caminata espacial a las 7:16 a. m. EST (12:16 GMT) del sábado. El inicio de la excursión se marcó oficialmente cuando los astronautas se pusieron los trajes espaciales.

Los astronautas se trasladaron desde la esclusa de aire Quest de la estación espacial al estribor o al lado derecho del haz de energía solar del laboratorio, donde el brazo robótico de la estación colocó dos nuevas unidades ISS Roll-Out Solar Array, o iROSA, a principios de esta semana después de extraerlas del maletero de una cápsula de carga SpaceX Dragon. La nave espacial Dragon entregó los paneles solares a la estación espacial el 27 de noviembre, junto con varias toneladas de suministros y experimentos.

Las cubiertas de los nuevos paneles solares se envolvieron en carretes y se desenrollaron como una estera de yoga cuando se instalaron en un soporte de montaje en la sección Starboard 4, o S4, del enrejado eléctrico de la estación espacial, que mide más que la longitud de un campo de fútbol desde el extremo. finalizar.

Los astronautas primero trabajaron para quitar una de las dos unidades iROSA recién entregadas de su montura aflojando los pernos y los retenedores de lanzamiento. Cassada tomó posición en un reposapiés al final del brazo robótico de fabricación canadiense y sostuvo las bobinas del panel solar con la mano mientras el brazo lo movía hacia la estructura S4.

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Los dos astronautas colocaron la unidad iROSA en un soporte de montaje preposicionado durante una caminata espacial anterior. Desplegaron la unidad iROSA sobre su bisagra y luego instalaron pernos para asegurarla en su lugar. Cassada y Rubio acoplaron conectores eléctricos para conectar la nueva unidad iROSA al sistema eléctrico de la estación espacial. Luego, instalaron un cable en Y para enrutar la energía generada desde el panel solar recién implementado y el panel solar S4 original hacia la red eléctrica del laboratorio.

En esta foto de archivo, los astronautas de la NASA Josh Cassada (izquierda) y Frank Rubio (derecha) se preparan para una caminata espacial fuera de la Estación Espacial Internacional el 15 de noviembre. Crédito: NASA

El soporte de montaje conecta los nuevos arreglos en los canales de energía de la estación y las juntas giratorias, que mantienen las alas solares apuntando hacia el sol mientras la nave espacial gira alrededor de la Tierra a más de 17,000 mph.

La Estación Espacial Internacional tiene ocho canales de energía, cada uno alimentado por energía eléctrica generada por un ala de panel solar que se extiende desde la red troncal de la estación. La nueva matriz solar desplegada el sábado producirá electricidad para el canal de energía 3A de la estación espacial.

Los paneles solares originales se lanzaron en cuatro misiones del transbordador espacial entre 2000 y 2009. Como era de esperar, la eficiencia de los paneles solares originales de la estación se degradó con el tiempo. La NASA está actualizando el sistema de energía de la estación espacial con los nuevos Paneles solares de implementación, a un costo de $ 103 millones, que cubrirán parcialmente seis de los ocho paneles solares originales de la estación.

Cuando las seis unidades iROSA estén instaladas en la estación, el sistema de energía será capaz de generar 215 kilovatios de electricidad para respaldar al menos otra década de operaciones científicas. La actualización también acomodará nuevos módulos comerciales programados para ser lanzados a la estación espacial.

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El primer par de nuevos paneles solares desplegados se lanzaron en la estación espacial el año pasado y se instalaron en el conjunto más antiguo de paneles solares originales de la estación en la sección de armadura P6, ubicada en el extremo izquierdo de la granja de energía avanzada. Dos unidades más de iROSA están programadas para lanzarse en una misión de reabastecimiento de SpaceX el próximo año.

Los nuevos paneles solares fueron suministrados a la NASA por Boeing, Redwire y un equipo de contratistas.

Una vez que la nueva unidad iROSA se integró mecánica y eléctricamente en el armazón S4 de la estación, los astronautas soltaron las abrazaderas que sujetaban la matriz solar desplegada en su configuración de lanzamiento. Esto permitió que las cubiertas se desplegaran gradualmente utilizando la energía de deformación en los brazos compuestos que soportan la cubierta solar. El diseño del mecanismo de despliegue elimina la necesidad de motores para impulsar el generador solar.

«Está empezando a moverse», dijo uno de los astronautas al control de la misión por radio, lo que provocó aplausos entre el equipo de apoyo en Houston.

«Es increíble», dijo Cassada. «Sí, eso es genial», agregó Rubio.

Cada una de las nuevas alas de iROSA se inclinará en un ángulo de 10 grados con respecto a los paneles solares existentes de la estación espacial. Crédito: NASA

Los brazos de soporte de fibra de carbono se han vuelto a colocar en su forma natural para su almacenamiento durante el lanzamiento.

El panel solar tardó unos 10 minutos en desplegarse hasta su configuración completamente extendida, con una extensión aproximada de 63 pies de largo y 20 pies de ancho (19 por 6 metros). Tiene aproximadamente la mitad del largo y la mitad del ancho de los paneles solares actuales de la estación. A pesar de su pequeño tamaño, cada uno de los nuevos paneles genera aproximadamente la misma cantidad de electricidad que cada uno de los paneles solares existentes de la estación.

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Una vez que se desplegó la manta, los astronautas ajustaron los pernos de tensión para mantener la manta iROSA en su lugar.

A continuación, los astronautas regresaron al armazón de la estación espacial para preparar otra unidad iROSA, que se instalará en la sección del armazón P4 del lado izquierdo durante una caminata espacial programada tentativamente para el 19 de diciembre.

Con sus tareas completadas, Cassada y Rubio regresaron a la esclusa de aire Quest y cerraron la escotilla. Comenzaron a represurizar el compartimento airlolk a las 14:21 EST (1921 GMT), completando la caminata espacial en 7 horas y 5 minutos.

La caminata espacial del sábado fue la segunda en las carreras de Cassada y Rubio, y la caminata espacial número 256 desde 1998 para apoyar el montaje y mantenimiento de la Estación Espacial Internacional.

Envía un correo electrónico al autor.

Siga a Stephen Clark en Twitter: @StephenClark1.

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