TR35 Spain Technology Review en español elige a los 10 innovadores menores de 35

Ana Díez, 34

Nanotecnología para fabricar mejores materiales en aeronáutica

ICTP-CSIC

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Unos kilos de exceso de equipaje en el mostrador de facturación del aeropuerto pueden ser la peor forma de empezar las vacaciones. Una vez pasado el trago, la cosa queda en un rato de estrés y un disgusto puntual para nuestro bolsillo. Sin embargo, para los fabricantes de aviones y las grandes aerolíneas comerciales, que operan miles de vuelos a diario y cuyos aparatos están diseñados para aguantar décadas de servicio, el peso de los materiales con los que están hechos todos sus componentes es un asunto crucial que influye directamente en su rentabilidad.

Por eso, desde hace años, los materiales compuestos como los que fabrica la TR35 Ana Díez, son una parte esencial de la industria aeronáutica, porque ofrecen a los fabricantes de aeronaves varias propiedades atractivas de forma simultánea, por ejemplo, una gran resistencia y ligereza. Gracias a estas cualidades superiores obtenidas de la unión sinérgica de más de un componente -generalmente una matriz y un elemento de refuerzo- estos materiales han colonizado campos muy diversos, desde el deporte hasta las obras de ingeniería. Ahora, esta joven química especialista en nanomateriales ha conseguido mejorarlos desarrollando formas más eficaces de fabricarlos.

Díez, que trabaja en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICTP-CSIC), en España, ha diseñado un método simple y escalable a nivel industrial para producir nanocompuestos termoplásticos que incorporan otros materiales que los refuerzan. Concretamente, ha establecido el sistema para integrar nanotubos de carbono –una forma especial de este elemento con muy buenas propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas- en dos tipos de polímeros de gran interés en la industria aeronáutica: las resinas epoxy y la polieter éter cetona (PEEK).

La idea surgió a raíz de una colaboración entre el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros y el Instituto de Carboquímica (ambos centros del CSIC), y dos instituciones pertenecientes al Consejo Nacional de Investigación de Canadá, país donde la TR35 cursó además parte de sus estudios posdoctorales. “Las estrategias que desarrollamos han dado lugar a una mejor dispersión de los nanotubos que en la integración directa, que es el método habitual de incorporarlos en una matriz polimérica, y que generalmente resulta en la formación de agregados y, por tanto, limita la mejora de sus propiedades”, explica Díez.

La investigadora ha descubierto una forma de mejorar la unión entre la matriz y el recubrimiento de nanotubos de carbono lo que, según explica, permite “una concentración de refuerzo de menos del uno por ciento en peso”, muy inferior que la se utiliza normalmente en compuestos que incorporan otro tipo de refuerzos de tamaño nanoscópico, como nanoarcillas o nanofibras. “En términos de aplicación industrial supone una reducción de peso y, correspondientemente, de coste y de emisiones contaminantes”, concreta la joven.

Además, los materiales fabricados con las metodologías diseñadas por esta investigadora son muy versátiles, ya que presentan simultáneamente muy buenas propiedades eléctricas y mecánicas. “Son materiales multifuncionales”, explica Díez. “Podrían utilizarse tanto en aplicaciones que requieran alta conductividad, por ejemplo, recubrimientos antiestáticos o apantallamiento de ondas electromagnéticas, como en aquellas que necesiten buenas propiedades estructurales, como palas de generadores eólicos o puentes”, añade la investigadora.

Estas ventajas en campos tan diversos se obtienen precisamente gracias a la “excelente dispersión” de los nanotubos de carbono y a la “óptima adhesión” entre las ‘capas’ del material que consigue una de sus estrategias: el anclaje covalente del derivado polimérico. Con este sistema, según explica Díez, se obtienen “mayores aumentos en las propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas con menor concentración del material de refuerzo que las publicadas en la literatura científica para este tipo de compuestos”.

Según Flightglobal, dentro de veinte años el 75 por ciento de los aviones comerciales que operan hoy en día seguirá en funcionamiento, pero habrá también muchos más aparatos en el aire -casi 40.000 frente a los 23.000 que integran la flota actual-, por lo que tendrán que ser mucho más austeros en consumo de combustible y restringir al máximo sus emisiones de carbono. La mejora de la logística (diseño de rutas más directas, avances en tecnologías de control de tráfico aéreo) y el uso de biocombustibles avanzados (aún muy caros) pueden ayudar a alcanzar estos objetivos, pero el peso de los aviones seguirá siendo un factor clave y, si disminuye mediante el uso de tecnologías como las diseñadas por esta joven TR35, podrá influir en la existencia de una aviación más sostenible.

“El desarrollo de estos compuestos a gran escala ofrecerá importantes ventajas en la fabricación de nuevos materiales para el sector del transporte”, señala Díez, que reconoce que se encuentra en negociaciones con una multinacional del sector aeronáutico para explotar la patente internacional que ha solicitado para uno de sus desarrollos -el material reforzado con un derivado polimérico unido a nanotubos de carbono- en la que figura como primera autora.

En opinión de Jorge Welti, director de postgrado de la Escuela de Biotecnología y Alimentos del ITES de Monterrey (México) y miembro del jurado de los premios TR35 Spain, esta joven innovadora “proyecta una imagen de osadía al buscar aplicaciones diversas de sus hallazgos científicos”, y el área en la que trabaja, centrada en el desarrollo de nanocompuestos multifuncionales, “es de mucha actualidad y gran impacto”.  - Elena Zafra

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