Un equipo de investigadores de la Universidad Atlántica de Florida (FAU), junto con colaboradores de la Universidad de Miami y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, han conseguido reforzar madera común utilizando nanopartículas de hierro. De esta forma han creado un material con propiedades mejoradas que podría ser una alternativa al acero y hormigón tradicionales. Este avance refuerza el papel de la ingeniería en la creación de materiales de alto rendimiento con bajo impacto ambiental, apuntando a un futuro donde los edificios se construyan no solo con eficiencia, sino con conciencia ecológica.
Los investigadores utilizaron roble rojo, una madera dura común en Norteamérica, e introdujeron un compuesto de hierro en la madera mediante una sencilla reacción química. Al mezclar nitrato férrico con hidróxido de potasio, crearon ferrihidrita, un mineral de óxido de hierro que se introduce mediante vacío en las células del roble rojo.
Tecnología y análisis aplicados
Para el estudio, los investigadores utilizaron herramientas avanzadas como la microscopía de fuerza atómica (AFM) para examinar la madera a escala muy pequeña, lo que les permitió medir propiedades como la rigidez y la elasticidad. Específicamente, emplearon una técnica llamada AM-FM (Modulación de Amplitud-Modulación de Frecuencia), que vibra la punta del AFM a dos frecuencias diferentes. Una frecuencia genera imágenes detalladas de la superficie, mientras que la otra mide la elasticidad y la adherencia del material. Este método les proporcionó una visión precisa de cómo se alteraron las paredes celulares de la madera tras el tratamiento con minerales.
Además, el equipo realizó pruebas de nanoindentación con un microscopio electrónico de barrido (MEB), donde se presionaron pequeñas sondas en la madera para medir su respuesta a la fuerza en diferentes zonas. Para completar su análisis, realizaron pruebas mecánicas estándar, como la flexión de muestras de madera tratada y sin tratar, para evaluar su resistencia general y cómo se rompían bajo tensión.
Madera más resistente para la construcción
Los resultados del estudio, publicados en la revista ACS Applied Materials and Interfaces, revelaron que un método químico sencillo y rentable que utiliza un mineral seguro puede fortalecer las diminutas paredes celulares de la madera, añadiendo solo un pequeño peso adicional. Si bien la estructura interna se volvió más duradera, el comportamiento general de la madera, como su capacidad para doblarse o romperse, se mantuvo prácticamente inalterado. Esto probablemente se deba a que el tratamiento debilitó las conexiones entre las células individuales de la madera, lo que afectó la unión del material a mayor escala.
Los hallazgos sugieren que, con el tratamiento químico adecuado, es posible mejorar la resistencia de la madera y otros materiales vegetales sin aumentar su peso ni perjudicar el medio ambiente. Estos materiales de origen biológico podrían algún día reemplazar a los materiales de construcción tradicionales, como el acero y el hormigón, en aplicaciones como edificios altos, puentes, muebles y suelos.
Al reforzar la madera natural mediante métodos ecológicos y rentables, los investigadores están sentando las bases para una nueva generación de materiales de origen biológico con el potencial de reemplazar materiales tradicionales como el acero y el hormigón en aplicaciones estructurales. El impacto de este trabajo trasciende el ámbito de la ingeniería: contribuye a los esfuerzos globales para reducir las emisiones de carbono, disminuir los residuos y adoptar soluciones sostenibles inspiradas en la naturaleza para todo, desde edificios hasta infraestructuras a gran escala.