Crean un nuevo material ligero más fuerte que el acero
Ingenieros químicos del MIT han creado, mediante un novedoso proceso de polimerización, un nuevo material que es más fuerte que el acero, tan ligero como el plástico y fabricable en gran cantidad.
Este nuevo
material, presentado en la revista Nature, es un polímero bidimensional que se
autoensambla en láminas, a diferencia de todos los demás polímeros, que forman
cadenas unidimensionales similares a los espaguetis. Hasta ahora, los
científicos creían que era imposible inducir a los polímeros a formar láminas
bidimensionales.
Un material así podría utilizarse como revestimiento
ligero y duradero para piezas de automóviles o teléfonos móviles, o como
material de construcción para puentes u otras estructuras, dice Michael Strano,
profesor de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs del MIT y autor principal del
nuevo estudio.
"No solemos pensar en los plásticos como algo
que pueda servir para sostener un edificio, pero con este material se pueden
hacer cosas nuevas --reconoce en un comunicado--. Tiene propiedades muy inusuales
y eso nos entusiasma".
Los
polímeros, entre los que se encuentran todos los plásticos, están formados por
cadenas de bloques de construcción llamados monómeros. Estas cadenas crecen
añadiendo nuevas moléculas en sus extremos. Una vez formados, los polímeros
pueden convertirse en objetos tridimensionales, como las botellas de agua,
mediante moldeo por inyección.
Los polímeros,
entre los que se encuentran todos los plásticos, están formados por cadenas de
bloques de construcción llamados monómeros. Estas cadenas crecen añadiendo
nuevas moléculas en sus extremos. Una vez formados, los polímeros pueden
convertirse en objetos tridimensionales, como las botellas de agua, mediante
moldeo por inyección.
Sin embargo, muchas décadas de trabajo en este campo
llevaron a la conclusión de que era imposible crear tales láminas. Una de las
razones era que si un solo monómero gira hacia arriba o hacia abajo, fuera del
plano de la lámina en crecimiento, el material comenzará a expandirse en tres
dimensiones y se perderá la estructura en forma de lámina.
Sin embargo, en el nuevo estudio, Strano y sus
colegas idearon un nuevo proceso de polimerización que les permite generar una
lámina bidimensional llamada poliaramida. Para los bloques de construcción de
monómeros, utilizan un compuesto llamado melamina, que contiene un anillo de
átomos de carbono y nitrógeno.
En las condiciones adecuadas, estos monómeros pueden
crecer en dos dimensiones, formando discos. Estos discos se apilan unos sobre
otros, manteniéndose unidos por enlaces de hidrógeno entre las capas, lo que
hace que la estructura sea muy estable y fuerte.
"En
lugar de hacer una molécula parecida a un espagueti, podemos hacer un plano
molecular parecido a una hoja, en el que conseguimos que las moléculas se
enganchen entre sí en dos dimensiones --explica--. Este mecanismo se produce
espontáneamente en la solución, y después de sintetizar el material, podemos
recubrir con facilidad películas delgadas que son extraordinariamente
fuertes".
Como el
material se autoensambla en solución, puede fabricarse en grandes cantidades
con sólo aumentar la cantidad de los materiales de partida. Los investigadores
demostraron que podían recubrir superficies con películas del material, al que
llaman 2DPA-1.
"Con
este avance, tenemos moléculas planas que van a ser mucho más fáciles de
convertir en un material muy fuerte, pero extremadamente fino", dice
Strano.
Los
investigadores descubrieron que el módulo elástico del nuevo material -una
medida de la fuerza que se necesita para deformar un material- es entre cuatro
y seis veces mayor que el del cristal a prueba de balas. También comprobaron
que su límite elástico, es decir, la fuerza que se necesita para romper el
material, es dos veces mayor que la del acero, a pesar de que el material sólo
tiene una sexta parte de la densidad del acero.
Otra
característica clave del 2DPA-1 es que es impermeable a los gases. Mientras que
otros polímeros están hechos de cadenas enrolladas con huecos que permiten que
los gases se filtren, el nuevo material está hecho de monómeros que se unen
como LEGOs, y las moléculas no pueden pasar entre ellos.
"Esto
podría permitirnos crear revestimientos ultrafinos que impidan completamente el
paso del agua o los gases --afirma Strano--. Este tipo de revestimiento de
barrera podría utilizarse para proteger el metal de los coches y otros vehículos,
o las estructuras de acero".
Strano y
sus estudiantes están estudiando ahora con más detalle cómo este polímero
concreto es capaz de formar láminas 2D, y están experimentando con la
modificación de su composición molecular para crear otros tipos de materiales
novedosos. Los investigadores han solicitado dos patentes sobre el proceso que
utilizaron para generar el material.
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