Revolución industrial a la vista: este material tiene el espesor de un átomo y es 8 veces más resistente que el grafeno

En el mundo de los materiales bidimensionales, siguen apareciendo propuestas que buscan redefinir los límites de resistencia, flexibilidad y control estructural. En este sentido, apareció un compuesto con un espesor equivalente a un átomo, más resistente que el grafeno y cuyo comportamiento mecánico permite replantear lo que se creía de los materiales 2D.

Al estar formado por una mezcla de regiones cristalinas y amorfas, este material ofrece un caso de estudio que permite poner a prueba nuevas estrategias de diseño. Cada experimento aportó información sobre cómo administrar la energía almacenada bajo esfuerzos, cómo se comportan los enlaces atómicos y qué posibilidades aparecen para la ingeniería.

¿Cuál es el material ultrafino más resistente que el grafeno y cómo fue creado?

El compuesto conocido como carbono amorfo monocapa (MAC) ha sido presentado como una alternativa estructural con características mecánicas particulares.

Es un material bidimensional con un espesor atómico, sintetizado en la Universidad Nacional de Singapur mediante técnicas compatibles con procesos industriales ya empleados para grafeno o nitruro de boro hexagonal.

Tras el primer análisis, el estudio (publicado en la revista Cell Press) planteó que su estructura interna permite gestionar la propagación de grietas de una forma distinta a la habitual.

El MAC incorpora regiones cristalinas embebidas en una matriz amorfa, lo que le otorga una manera singular de distribuir los esfuerzos. Cuando se genera una grieta, el patrón no avanza de forma directa, sino que se encuentra con zonas que desvían su crecimiento.

Esta dispersión reduce el riesgo de fractura repentina y eleva la capacidad del material para almacenar energía antes de romperse. Investigadores de la Universidad Rice observaron este comportamiento mediante ensayos de tracción realizados dentro de un microscopio electrónico de barrido, lo que permitió seguir, en tiempo real, la iniciación y avance de las microgrietas.

A ello se sumaron simulaciones de dinámica molecular desarrolladas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, enfocadas en comprender cómo la combinación de dominios cristalinos y amorfos condiciona la energía necesaria para la fractura.

Esta integración entre análisis experimental y modelización informática dio como resultado una base sólida para explicar por qué este material alcanza una respuesta mecánica considerada ocho veces más resistente que el grafeno.

¿Cómo es la arquitectura interna del MAC?

La fragilidad es uno de los retos recurrentes en materiales de espesor atómico. Aunque presentan gran rigidez, tienden a fracturarse con rapidez bajo ciertas tensiones.

El MAC propone un enfoque basado en modificar la estructura interna del propio plano atómico, sin añadir capas adicionales ni recubrimientos. Con ello, se diferencia de mecanismos tradicionales como el endurecimiento extrínseco, que consiste en incorporar refuerzos externos.

En este caso, el endurecimiento intrínseco se logra mediante una configuración compuesta donde las zonas ordenadas y desordenadas se distribuyen de modo que alteran el recorrido natural de una grieta.

Así, la energía necesaria para su avance se incrementa, ya que el material tiene que reorganizar múltiples enlaces antes de permitir la fractura. Esta estrategia abre la posibilidad de aplicar conceptos similares a otros materiales 2D, con el objetivo de lograr superficies menos frágiles y con una respuesta más estable ante choques o tensiones repetidas.

El método de síntesis también resulta significativo. El MAC se obtiene mediante deposición química de vapor asistida por láser, una técnica extendida en la industria que podría facilitar su escalado.

La compatibilidad con equipamientos ya existentes reduce costes potenciales y acelera la integración de esta propuesta en líneas de producción donde antes dominaban el grafeno y otros compuestos planos.

¿En qué industrias podría aplicarse este compuesto más resistente que el grafeno?

La estructura del MAC ofrece perspectivas en ámbitos donde la durabilidad y la estabilidad estructural son prioritarias. Al manejar la propagación de grietas de manera más controlada, el material favorece aplicaciones en electrónica flexible, dispositivos portátiles, recubrimientos funcionales o sensores sometidos a cambios constantes de presión o temperatura.

Su comportamiento como aislante con banda prohibida ajustable añade un componente eléctrico útil para diseñar componentes que requieran control detallado de la conductividad. Entre las ventajas que se han señalado se encuentran las siguientes:

• Gestión controlada de microgrietas en superficies 2D.
• Tenacidad elevada sin recurrir a refuerzos adicionales.
• Compatibilidad con procesos industriales existentes.
• Parámetros eléctricos modulables según la proporción de regiones cristalinas y amorfas.

Según afirmó la Universidad de Rice en un comunicado, los investigadores continúan examinando su respuesta ante flexión, cizalladura y esfuerzos prolongados, lo cual permitirá ajustar no solo su resistencia mecánica, sino también otros parámetros como peso, estabilidad térmica o resistencia al desgaste.

La posibilidad de modular de forma precisa la proporción entre zonas ordenadas y desordenadas podría dar lugar a versiones personalizadas del material adaptadas a necesidades específicas.

Por último, la durabilidad del MAC genera implicaciones relevantes en sostenibilidad industrial. Superficies que se fracturan con menor frecuencia reducen la necesidad de reemplazo y, por tanto, la cantidad de residuos derivados de dispositivos electrónicos.