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Octubre 16, 2003: Palos de golf de alto rendimiento. Cuchillos ultra afilados. Fibra óptica mejorada para telecomunicaciones. Materiales livianos para futuras astronaves. ¿Qué tienen en común todas estas cosas? Pueden ser fabricadas usando líquidos
"supercongelados": materiales líquidos que son enfriados por debajo del punto de congelación
normal y que, mediante métodos especiales, son mantenidos en estado líquido. Arriba: La estructura molecular de sólidos normales vs. amorfos. Imagen cortesía Liquidmetal Technologies. Existe un gran potencial para los productos desarrollados a partir de estos líquidos, pero son muy difíciles de fabricar. Un líquido supercongelado es un delicado e inestable estado de la materia. El líquido tiende desesperadamente a cristalizarse como un sólido normal. Todo lo que necesita es un lugar donde comenzar la cristalización -- tal como la superficie cristalina de la pared de un contenedor o hasta una mota de polvo -- y el líquido de pronto se congelará en un sólido. En otras palabras, trabajar con líquidos supercongelados es como jugar con bombas llenas de agua: son propensas a "romperse" inesperadamente y arruinar el espectáculo.
Izquierda: Una muestra de los objetos que los fabricantes pueden mejorar usando fluidos supercongelados. Imagen cortesía Liquidmetal Technologies. Estos productos son solo el principio. Cuando los ingenieros aprendan más acerca de la física básica y propiedades de los fluidos supercongelados, podrían mejorarlos aun más. Es aquí donde la Estación Espacial Internacional puede ayudar. En la ingravidez de la órbita terrestre, es posible estudiar los fluidos sin mantenerlos en contenedores que podrían catalizar cristalizaciones prematuras. Edwin Ethridge, un científico de materiales del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de NASA, y el Prof. William Kaukler de la Universidad de Alabama en Huntsville están trabajando en un modo de medir la viscosidad de los fluidos cuando estos no se encuentran dentro de algún recipiente, a bordo de la EEI. Su idea es simple: Si dos gotas flotantes de un líquido se tocan entre sí, se fundirán para formar una única gota mayor. La velocidad de esta unión está parcialmente controlada por la viscosidad -- el agua se unirá mucho más rápido que la miel, por ejemplo. Por esta razón, observando la velocidad permitirá a los científicos medir la viscosidad del líquido. La exactitud de las medidas de viscosidad es crítica para trabajar con fluidos supercongelados, los cuales se espesan rápidamente cuando se enfrían. La fricción entre moléculas en uno de estos fluidos enfriados puede dispararse más de mil trillones de veces (1015) al solidificarse. Sin un gráfico establecido de cómo ocurre este espesamiento con relación a las temperaturas de enfriamiento, es difícil para los ingenieros moldear estos líquidos para convertirlos en productos útiles.
Para comprender el por qué, imagine qué ocurriría si se diseña un molde con cantidad de promontorios y grietas para asegurarse que trabaje bien con líquidos supercongelados del espesor del aceite vegetal. Cuando se vierte el líquido supercongelado en el molde, este se enfría ligeramente causando un espesamiento inesperado, de una magnitud mil veces mayor -- haciendo que el líquido se torne espeso como la miel. El objeto producido es a la vista más similar al arte moderno que a un producto aprovechable. Obtener los datos para hacer las curvas de viscosidad vs. temperatura es la última etapa de la investigación de Ethridge y Kaukler. Su próximo experimento, llamado Medidas de Viscosidad de Fluidos Fusionados (en inglés Fluid Merging Viscosity Measurements FMVM), es una prueba del concepto. Esto mostrará cómo las medidas de viscosidad de fluidos no contenidos en recipientes pueden ser realizadas en el entorno de microgravedad de la EEI. La física es bastante complicada, pero los científicos tienen que superar también otro problema: debido a que el espacio disponible para envío de equipo de investigación hacia la estación es muy limitado mientras la flota de Transportadores continúe en tierra, los investigadores deben encontrar la manera de hacer sus experimentos usando elementos que puedan ser transportados por el cohete ruso de suministros Progress, o que ya se encuentren a bordo de la estación. "He seleccionado 8 líquidos para las pruebas", dice Ethridge. "Han sido cargados en jeringuillas
que serán lanzadas en un cohete Progress hacia la Estación Espacial". Uno de ellos es miel
normal. Aunque ésta solo se cristaliza muy lentamente, la miel es en realidad un líquido
supercongelado. Funciona perfectamente para probar que este método de "gotas flotantes"
puede medir con precisión la viscosidad de un líquido.
Actualmente los investigadores se preparan para llevar a cabo el experimento FMVM en algún momento durante la Expedición 8, la cual está programada para iniciarse a finales de Octubre. Su trabajo podría llevarlos a una nueva forma de medir la viscosidad de líquidos supercongelados. Y después de esto... nadie lo sabe, pero los palos de golf y los artículos de cocina son solo el comienzo. |
Evitando
la congelación normal, se puede conseguir que el líquido se transforme
en distintas clases de sólidos. En la congelación normal, las moléculas del
líquido se colocan ordenadamente en una red cristalina, como soldados en formación.
Es así como se forman el hielo, los metales normales, y de hecho la mayoría de los sólidos.
Los líquidos supercongelados se solidifican de forma diferente. Con
el enfriamiento, se espesan y eventualmente dejan de fluir -- como un líquido "en
suspenso". El resultado es un sólido cuyas moléculas se mantienen dispersas en una
red amorfa semi-aleatoria. Esta estructura molecular, encontrada más comúnmente
en cristales de ventanas pero posiblemente también en metales, tiene propiedades
especiales. La aleación de metales amorfos, por ejemplo, puede ser dos veces más
fuerte y tres veces más elástica que el acero.
A pesar de las dificultades,
fabricantes de la Tierra han conseguido hacer algunos productos a partir
de estos líquidos: componentes de computadores, palos de golf, raquetas de
tenis. Hay incluso un colector de viento solar a bordo de la astronave Génesis de NASA
fabricado con metales amorfos supercongelados.
Derecha:
La velocidad a la cual las gotas se unen depende de su viscosidad.
El experimento se
llevará a cabo de la siguiente forma: Miel (o alguno de los otros líquidos) será extraída
de su jeringuilla y colocada sobre hilos muy finos. "En la estación espacial están disponibles
hilos de Nomex que pueden ser usados para confinar y controlar las gotas de líquido en órbita.
El hilo delgado de soldar puede también ser usado para manipular las gotas", comenta Ethridge.
Con una gota colgando de cada uno de dos hilos, un miembro de la tripulación podría
acercarlas lentamente, permitiendo a las gotas tocarse suavemente y fundirse. Una video
cámara a bordo de la estación grabará qué sucede cuando las gotas lentamente
forman una figura de cacahuete y finalmente una sola esfera.
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