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En este estudio, investigamos la mejora del rendimiento causada por la adición de nanopartículas de cobre (Cu) al material matriz de polietileno de alta densidad (HDPE). Se sintetizaron materiales compuestos, con porcentajes de relleno de 0.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0 y 10.0 wt% a través de la técnica de impresión 3D por extrusión de material (MEX). Los filamentos de nanocompuestos sintetizados se utilizaron para la fabricación de especímenes adecuados para el procedimiento experimental que siguió. Por lo tanto, pudimos investigar sistemáticamente sus propiedades de tracción, flexión, impacto y microdureza a través de varias pruebas mecánicas que se llevaron a cabo de acuerdo con las normas correspondientes. Se utilizó espectroscopía dieléctrica de banda ancha para investigar las propiedades eléctricas/dieléctricas de los compuestos. Además, mediante técnicas de espectroscopía Raman y análisis termogravimétrico (TGA) también pudimos investigar más a fondo sus propiedades vibracionales, estructurales y térmicas. Concomitantemente, se utilizaron medios de microscopía electrónica de barrido (SEM), así como microscopía de fuerza atómica (AFM), para el examen de las características morfológicas y estructurales de los especímenes sintetizados, mientras que también se realizó espectroscopía de rayos X dispersiva de energía (EDS) para obtener una imagen más detallada sobre las características estructurales de los diversos compuestos sintetizados. Los correspondientes nanomateriales también se evaluaron por sus propiedades antibacterianas respecto a Staphylococcus aureus (S. aureus) y Escherichia coli (E. coli) con la ayuda de un método denominado difusión en gel de agar para cribado. Los resultados mostraron que las propiedades mecánicas del HDPE se beneficiaron de la utilización de Cu como relleno, mostrando una mejora notable. El espécimen de HDPE/Cu 4.0 wt% fue el que presentó los niveles más altos de refuerzo en cuatro de las siete propiedades mecánicas probadas (por ejemplo, exhibió una mejora del 36.7% en la resistencia a la flexión en comparación con la matriz pura). Al mismo tiempo, los nanocompuestos fueron eficientes contra la bacteria S. aureus y menos eficientes contra la bacteria E. coli. El uso de tales nanocompuestos multifuncionales y robustos en la impresión 3D por MEX está impactando positivamente en las aplicaciones en varios campos, especialmente en los sectores de defensa y seguridad. Este último se vuelve cada vez más importante al considerar que la mayoría de las armas de fuego contienen varias partes poliméricas que requieren robustez y propiedades mecánicas mejoradas, mientras que al mismo tiempo mantienen el riesgo de propagación de diversos microorganismos infecciosos al mínimo.
Vidakis et al. (Vier,) estudiaron esta cuestión.