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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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Horoscopo

El lanzamiento de la misión lunar CAPSTONE cubesat se pospone hasta el 6 de junio

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Una pequeña nave espacial tendrá que esperar un poco más para su gran lanzamiento lunar.

La misión CAPSTONE, abreviatura de «Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment», se lanzará no antes del 6 de junio, anunció la NASA. a fines de la semana pasada (se abre en una nueva pestaña).

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Horoscopo

La erupción del volcán Hunga Tonga-Hunga Ha’apai ha llegado al espacio

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Les volcans qui explosent en panaches de magma et de cendres peuvent être suffisamment puissants pour déclencher d’énormes ondes de choc et des bangs soniques au-dessus tout en provoquant des tremblements de terre, des glissements de terrain et des vagues de tsunami plus près de la superficie. Ahora un volcán ha hecho todo lo anterior y espacio afectado.

Este tipo de fenómenos no solo ocurren en películas como pico de Dante. la Volcán Hunga Tonga-Hunga Ha’apai hace que la erupción mortal que enfrenta el vulcanólogo incondicionalmente anti-James-Bond de Pierce Brosnan apenas parezca una hoguera. Il a éclaté si violemment que non seulement il a secoué l’atmosphère et l’océan, mais la NASA a découvert que les effets s’étendaient plus loin que l’atmosphère terrestre, avec des vents assez rapides pour rivaliser avec un ouragan aux confins del espacio. Es hoy una de las perturbaciones más enormes jamás observadas en el espacio.

Además de tener un temperamento notoriamente caliente (la última erupción de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en 2015 arrojó cenizas a más de cinco millas hacia el cielo y en realidad formó una nueva isla a partir de todo ese vómito), el volcán submarino ahora les ha dado a los investigadores la oportunidad de vea lo que sucede cuando el clima terrestre y el clima espacial chocan. El físico de UC Berkeley, Brian Harding, realizó un estudio sobre el monstruo que escupe fuego, publicado recientemente en Cartas de investigación geofísica.

«El volcán puede enseñarnos qué tipos de ondas atmosféricas transfieren impulso y energía desde el suelo al espacio», dijo a SYFY WIRE. «Esperamos que esto represente los mecanismos que transmiten impulso y energía desde la atmósfera inferior al espacio y, finalmente, conduzcan a mejores predicciones del clima espacial».

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Hunga Tonga-Hunga Ha’apai se esconde en las profundidades del Océano Pacífico Sur occidental, frente a las islas principales de Tonga. Algunas de las olas del tsunami a su paso fueron lo suficientemente altas como para alcanzar la estratosfera, y el polvo y el gas que arrojó a la mesosfera. ICONO DE LA NASA (Explorador de conexiones ionosféricas) y Satélites Swarm de la ESA eran parte de ella. Apenas unas horas después de que el volcán activo explotara, las dos naves espaciales captaron extrañas corrientes eléctricas en la capa superior de la atmósfera, o la ionosfera.

Comprender fenómenos como este es (en su mayor parte) solo posible a través de observaciones. Simplemente no puedes recrear algo así en un laboratorio. Incluso dar sentido a las observaciones puede ser difícil cuando ocurren múltiples procesos al mismo tiempo y en el mismo lugar, lo que puede confundir la causa y el efecto.

ICON tiene su ojo en el borde del espacio. Él observa una región donde los gases pueden ser turbulentos y donde las ráfagas de viento solar transportan partículas cargadas. Cuando ocurren erupciones solares y eyecciones de masa coronal, los ataques de estas partículas pueden causar tormentas geomagnéticas que interrumpen nuestros satélites, Internet y la infraestructura de energía. La erupción de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai fue capaz de algo que solo se suponía que podía hacer una tormenta geomagnética.

Los vientos intensos afectan las corrientes eléctricas en la ionosfera, razón por la cual ICON y Swarm detectaron algo sospechoso. Las partículas ionosféricas, principalmente electrones e iones como NO+ y O2+, crean una corriente conocida como electrochorro ecuatorial.

“No son las corrientes eléctricas en sí mismas los impactos más severos del clima espacial, sino que las corrientes eléctricas son un marcador inequívoco de cambios en el sistema de dínamo ionosférico”, dijo Harding. «Esto tiene otras implicaciones para la distribución del plasma».

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Cuando los vientos de la atmósfera inferior impulsan el electrochorro, fluye hacia el este. El plasma perturbado puede provocar que los sistemas eléctricos, de comunicación y de navegación (como el GPS) no funcionen correctamente en la Tierra. Esta erupción perturbó tanto al electrochorro que se volvió temporalmente cinco veces más poderoso de lo habitual. También experimentó un fenómeno que nada más que una poderosa tormenta geomagnética ha causado: el flujo del electrochorro en realidad se invirtió.

No es una gran sorpresa para los científicos cuando ocurre una inversión como esta, porque el Sol siempre tiene algún tipo de rabieta que envía partículas cargadas que se precipitan y, a veces, dan vueltas alrededor del electrochorro si tienen suficiente influencia. La erupción Hunga Tonga-Hunga Ha’apai también fue la inversión más fuerte que Swarm jamás haya visto, e ICON tuvo el momento y la posición adecuados para atraparla. Lo que ICON envió a tierra mostró que había una turbulencia extrema en la ionosfera. Sus observaciones se acercaron a las predicciones previas de cómo la atmósfera superior se vería afectada por una perturbación de esta magnitud.

“Antes de que podamos esperar predecir la respuesta de la atmósfera superior a una miríada de fuentes de variabilidad desde abajo, primero debemos poder predecir la respuesta de la atmósfera superior a una sola fuente como la explosión”, dijo Harding.

Lo que sucede donde termina la atmósfera y comienza el espacio apenas comienza a entenderse. Después próxima misión GDC de la NASA (Geospace Dynamics Constellation) se lanzará en 2027, monitoreará otros eventos donde terminan los confines de la Tierra y comienza la última frontera.

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La NASA comparte una hermosa imagen de la galaxia Whirlpool, Internet dice que ‘no se pueden quitar los ojos’

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La galaxia espiral fue capturada con Hubbles Advanced Camera for Surveys.

Durante sus 30 años de servicio, Telescopio espacial Hubble de la NASA tomó millones de fotografías de eventos intrigantes. Ha capturado algunas de las vistas más impresionantes del universo, dando un festín a los ojos de los entusiastas del espacio. Ahora, una de esas imágenes que parece una gran escalera de caracol que se desplaza por el espacio se encuentra entre las más recientes compartidas por la agencia espacial de EE. UU.

En Twitter, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de EE. UU. compartió una imagen impresionante de la galaxia M51, también conocida como la galaxia Whirlpool. «Estamos girando en círculos… Déjate llevar por los brazos curvos de la Galaxia del Remolino, las regiones rosadas de formación de estrellas y las hebras azules brillantes de los cúmulos de estrellas», escribió la NASA en el pie de foto.

Esta «galaxia espiral hipnótica» fue capturada en luz visible con la Cámara avanzada para encuestas del Hubble. Desde que se compartió, la publicación ha acumulado más de 10,000 me gusta y cientos de comentarios.

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«Desearía que hubiera una IA que pudiera interpretar imágenes y convertirlas en música. Me encantaría saber cómo se ve esta imagen”, escribió un usuario. «Se ve tan hermosa allí, en ella y en todas las hermosas luces», agregó. otro Un tercer usuario dijo: «Qué hermoso, no puedo quitarme los ojos».

De acuerdo a un nota de prensa, la agencia espacial explicó que los elegantes y sinuosos brazos de la majestuosa galaxia espiral M51 son en realidad largas filas de estrellas y gas cubiertas de polvo. Dijo que esos brazos llamativos son una característica de las llamadas «galaxias espirales de gran diseño».

«En M51, también conocida como Whirlpool Galaxy, estos brazos tienen un propósito importante: son fábricas de formación estelar, que comprimen gas hidrógeno y crean cúmulos de nuevas estrellas», agregó la NASA.

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Además, la agencia continuó explicando que en la cautivadora imagen, el rojo representa la luz infrarroja, así como el hidrógeno en las regiones de formación de estrellas gigantes. El color azul, por otro lado, se puede atribuir a estrellas jóvenes y calientes, mientras que el color amarillo proviene de estrellas más viejas. Cabe señalar que M51 se encuentra a 31 millones de años luz de la Tierra en la constelación Canes Venatici.

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