Blog original en inglés por Giles Kirkland
Originalement publicado el 31 de agosto del 2018
Editado por Becky Rodriguez

Los vehículos del futuro no muy lejano se beneficiarán enormemente de la nanotecnología y de los nanomateriales. Las expectativas globales de menores emisiones y economía de combustible están creando enormes demandas de materiales livianos, duraderos y de bajo costo para reemplazar metales y compuestos costosos, y la nanotecnología puede ayudar a satisfacer esas demandas.

La nanotecnología¹ se refiere a la producción de materiales avanzados a una escala de aproximadamente 1 a 100 nanómetros, casi tan pequeños como átomos y moléculas individuales. La manipulación de materiales a esta escala tiene el potencial de conducir a componentes más fuertes, duraderos y más sostenibles sin comprometer el peso y la flexibilidad.

A pesar de los numerosos avances que la nanotecnología ya ha producido en la fabricación y el diseño, solo estamos viendo la punta del témpano en lo que esta nueva tecnología puede ofrecer para el futuro de la fabricación automotriz.

La verdadera importancia de la nanotecnología en la ingeniería y el diseño automotriz

Diseñar y fabricar un nuevo vehículo presenta una variedad de desafíos. Los autos nuevos deberían ser lo suficientemente ligeros como para permitir una aceleración más rápida y consumir menos combustible. Sin embargo, los materiales deben ser lo suficientemente rígidos para mantener un manejo seguro y predecible. La nueva tecnología de motores requerirá metales duraderos y flexibles que puedan resistir mejor los altos índices de compresión astronómica y calor a medida que los diseñadores impulsan para que los vehículos sean continuamente más rápidos y más eficientes. También existe una gran demanda de materiales exteriores e interiores que sean estéticamente agradables y durables, y lo suficientemente sostenibles para poder soportar muchos años de uso. Los nanomateriales tienen potencial de proporcionar la solución perfecta para este desafío, ya que a menudo son más livianos, más fuertes e infinitamente más duraderos que los metales y plásticos convencionales.

Mejor durabilidad del motor

En comparación con los motores de otros tiempos,² los actuales son más pequeños, más livianos y pueden producir casi el doble de la potencia y el par de fuerza. Sin embargo, las desventajas aún son el calor y la fricción. Los motores más avanzados de alta compresión con inyección directa de combustible e inducción forzada podrán funcionar a temperaturas increíblemente altas. Los nanomateriales podrían romper las limitaciones operacionales de un motor moderno de combustión interna. La infusión de nanomateriales y aluminio, por ejemplo, podría crear un nuevo tipo de material que será más durable sin comprometer el peso.³ Este nuevo nanoaluminio se diseñará con precisión para crear motores más ligeros, más potentes y más eficientes.

Fluidos nano-infundidos y revestimientos del motor

La nanotecnología está a la vanguardia de los tipos de fluidos, lubricantes y revestimientos de motores de la próxima generación. Los nanofluidos se diseñarán para ofrecer la forma, el tamaño y la concentración de partículas perfectas (tres determinantes vitales que afectan el desgaste y la fricción en un vehículo) para ofrecer una mejor lubricidad que los fluidos convencionales. Esto conducirá a una mejor protección contra el calor, la fricción y el desgaste. Se ha descubierto que las nanopartículas de oro y cobre son efectivas en el desarrollo de un nuevo tipo de cinta protectora líquida para reemplazar los aceites convencionales basados ​​en combustibles fósiles, haciendo que el motor del automóvil sea más sostenible.⁴

También se están desarrollando capas externas protectoras formadas por nanopartículas de cerámica que serían útiles para los componentes del motor.⁵ Aprovechando las propiedades térmicas y de fricción únicas de la cerámica,⁶ este nuevo material ofrecerá un potencial extraordinario como medio para reducir la abrasión y el desgaste dentro del motor. El resultado será una quema más limpia y un rendimiento mejorado durante muchos años por venir. Esto significa que los motores serán más durables y no necesitarán ser reemplazados o reparados tan a menudo como ahora.

Nanotecnología en células de combustible

A medida que el mundo pasa de la quema de combustibles fósiles a los vehículos eléctricos y de hidrógeno completos, la nanotecnología está en el corazón de la tecnología avanzada de células de combustible.⁷ Un tipo de célula de combustible usa hidrógeno y necesitará almacenar hidrógeno en un estado semisólido. El uso de nanotecnología y nanomateriales de carbono hará que esto sea una realidad.⁸ Las células de combustible nanoinfundidas pueden ser una forma más segura y menos costosa de fabricar vehículos propulsados ​​por hidrógeno.

Baterías potentes y limpias

Las nanopartículas de silicio podrían usarse en la creación de la próxima generación de baterías de silicio-litio.⁹ Se está desarrollando una nanotecnología para mejorar los materiales del cátodo en una batería ordinaria de iones de litio y polímero de litio. Las baterías nanoinfundidas en vehículos eléctricos están en camino a ofrecer un alcance más largo, tiempos de carga más cortos y una construcción más ecológica.

Aplicaciones automotrices interiores y exteriores

Las capas de pintura automotriz de la capa exterior normalmente se encuentra entre los aspectos más vulnerables del acabado, especialmente si están expuestas a elementos de condiciones duras. Existe una demanda creciente de materiales que mantendrán la apariencia de la capa de pintura el mayor tiempo posible. Los rellenos inorgánicos de tamaño nanométrico se unirán químicamente con las moléculas de la capa transparente para formar un revestimiento elástico y altamente rígido.¹⁰ Esto le dará al acabado un brillo durable a la vez que ofrece una protección suprema contra la decoloración, el agrietamiento y el desgaste.

La nanotecnología es una respuesta para crear telas y cabinas de interior modernas. Los nuevos materiales ofrecerán comodidad y se mantendrán estéticamente agradables incluso bajo uso extremo y exposición directa a los rayos UV.¹¹ Además, los agentes antimicrobianos y resistentes a los olores como la plata y el óxido de titanio podrían incorporarse directamente en las telas.¹² Esto daría como resultado un tejido no tóxico y durable que será capaz de oxidar microorganismos de forma permanente incluso a medida que el tejido envejece con el tiempo.

En conclusión

Con una amplia gama de aplicaciones para cada parte concebible de un automóvil moderno, la nanotecnología parece destinada a transformar la fabricación de vehículos. Los nanomateriales permitirán crear vehículos más limpios, más baratos, más duraderos, más sostenibles y más confiables. 

El blogger invitado Giles Kirkland es un experto dedicado en autos con pasión por combinar las tecnologías más nuevas con un estilo de vida saludable. Le gusta comentar sobre las últimas innovaciones automotrices. Como defensor de la vida sostenible, comparte su conocimiento con otros conductores y entusiastas de la tecnología. Siéntanse libre de leer más artículos de Giles en Twitter y en Oponeo, o contáctalo en [email protected].

---

RECURSOS EDUCATIVOS (en inglés)

• American Chemical Society: Teacher’s guide for “Drained: the Search for Long-Lasting Batteries” – ChemMatters, 2017 (original article is print only)
• TryEngineering.com: Nano Waterproofing lesson plan

---

REFERENCIAS

1. National Nanotechnology Initiative: What is Nano? n.d. Retrieved from: https://www.nano.gov/nanotech-101/what/definition
2. Deaton, J. “5 Ways Modern Car Engines Differ from Older Car Engines” Howstuffworks.com, 2018. Retrieved from: https://auto.howstuffworks.com/5-ways-modern-car-engines-differ-from-older-car-engines.htm
3. Surendran, R., Manibharathi, N., & Kumaravel, A. Wear Properties Enhancement of Aluminium Alloy with Addition of Nano Alumina. FME Transactions  45: 83-88. Retrieved from: http://www.mas.bg.ac.rs/_media/istrazivanje/fme/vol45/1/13_rsurendran_et_al.pdf
4. Ali, M. & Xianjun, H. Improving the tribological behavior of internal combustion engines via the addition of nanoparticles to engine oils. Nanotechnology Reviews. 2015, 4(4): 347-358. doi: 1515/ntrev-2015-0031
5. Asmatulu, R. “Nanocoatings for corrosion protection of aerospace alloys.” In Corrosion Protection and Control Using Nanomaterials, 2012, 357-374. doi: 1533/9780857095800.2.357
6. Structure and Properties of Ceramics, The American Ceramic Society. 2018. Retrieved from http://ceramics.org/learn-about-ceramics/structure-and-properties-of-ceramics
7. co.uk. Hyundai Fuel Cells: The Future is Here… Again. 2018. Retrieved from: https://www.oponeo.co.uk/tyre-article/hyundai-fuel-cells-the-future-is-here-again
8. com. Nanotechnology in Fuel Cells. Retrieved from: https://www.understandingnano.com/fuel-cells.html
9. Kiel University. Silicon as a new storage material for the batteries of the future. Retrieved from: https://phys.org/news/2018-04-silicon-storage-material-batteries-future.html
10. Yari H., Mohseni M., Messori M., & Ranjbar Z. Tribological properties and scratch healing of a typical automotive nano clearcoat modified by a polyhedral oligomeric silsesquioxane compound. European Polymer Journal. 60: 79-91. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2014.08.023
11. VelocityHonolulu.com. Ask a Technician: Will Excessive Sunlight Damage My Car? 2017.Retrieved from: https://velocityhonolulu.com/will-excessive-sunlight-damage-my-car/
12. Federal Environment Agency (Umweltbundesamt). Fact Sheet Nano Products: Use of Nanomaterials in Textiles.  Retrieved from: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/publikationen/datenblatt_nanoprdukte_textilien_e.pdf

(Imagen de Portada de Mathier)