El polímero bidimensional es un nuevo material ultrarresistente

Los plásticos, en general, son materiales bien entendidos. No tan fuertes como la mayoría de los metales, pero a menudo mucho más livianos, estos polímeros artificiales han encontrado innumerables aplicaciones que han revolucionado la forma en que vivimos nuestras vidas. Las propiedades de los plásticos han mejorado de muchas maneras a lo largo de los años, y los materiales compuestos, como la fibra de vidrio y la fibra de carbono, han demostrado tener una resistencia y una ligereza mucho mayores que las simples propiedades de los polímeros básicos por sí solos.

Sin embargo, un grupo de ingenieros del MIT ha estado trabajando en un tipo revolucionario de polímero que promete mayor resistencia que nunca, sin dejar de ser notablemente ligero. Todo depende de la estructura molecular bidimensional del material, algo que alguna vez se consideró prohibitivamente difícil en el mundo de la ciencia de los polímeros.

2D es mejor que 1D

El material polimérico 2D se junta en láminas. La esperanza es que el material ultrarresistente pueda tener aplicaciones como revestimiento protector o en el uso de materiales compuestos. Crédito: MIT

Por lo general, los polímeros se ensamblan en largas cadenas unidimensionales, donde múltiples copias de la misma subunidad molecular, o monómero, se unen en una cadena muchas veces en lo que a menudo se denomina macromolécula. Estas largas moléculas están entrelazadas entre sí y entre sí en grandes cantidades, formando los materiales poliméricos que conocemos y amamos.

Sin embargo, la forma en que los monómeros se encadenan normalmente ha impedido cualquier intento de producir una estructura polimérica bidimensional. Si solo un monómero se une a otro en la rotación incorrecta, los monómeros adicionales también se unirán, creando una estructura 3D desordenada en lugar de una hoja 2D ordenada y ordenada.

Con una síntesis cuidadosa, resulta que una estructura de polímero molecular bidimensional es posible. Según el trabajo de investigación publicado en Naturaleza en febrero de este año, esta hazaña se logró mediante el uso de moléculas de melamina como unidad monomérica. La teoría de trabajo es que el uso de interacciones amida-aromáticas en los pasos sintéticos impidió que las moléculas de melamina giraran fuera del plano durante la fase de unión.

El material se autoensambla en láminas 2D en solución, lo que permite la creación de películas delgadas de gran resistencia. Esta estructura también tiene la capacidad única de ser impenetrable para las moléculas de gas. Los monómeros se juntan tanto que simplemente no pueden pasar.

El material resultante es notable en sus propiedades; Se probó que el polímero bidimensional tenía un sorprendente rendimiento de 976 MPa, casi cuatro veces más que el acero estructural, a pesar de tener una densidad mucho más baja de solo 1/6 de esa cantidad. Mientras tanto, el módulo elástico se ha medido en alrededor de 30 a 90 GPa, significativamente más alto que los plásticos tradicionales que generalmente oscilan entre 3 y 5 GPa. Esto significa que el material es mucho más rígido y se deforma en régimen elástico en comparación con plásticos como el policarbonato y el nailon. Esta cifra se acerca mucho más a la de metales como el aluminio, que tiene un módulo de elasticidad de 69 GPa.

Por supuesto, hasta ahora, solo se han creado en el laboratorio pequeñas cantidades del polímero 2D. La prueba de las propiedades mecánicas del material tuvo que hacerse a nanoescala, usando un proceso llamado nanoindentación AFM. Permite analizar muestras microscópicas utilizando una punta de muesca dura en un microscopio de energía nuclear para medir las propiedades del material.

Es importante destacar que el polímero sintetizado es mecánica y químicamente estable. Los autores del artículo sugieren que tiene un gran potencial para su uso en materiales compuestos, así como para su uso como una capa protectora ligera pero fuerte. No está claro en esta etapa cómo se podría producir un polímero de este tipo a gran escala, y es probable que pase algún tiempo antes de que este material se venda en láminas grandes en su distribuidor de plástico local. Sin embargo, muestra que el mundo de la ciencia todavía tiene secretos asombrosos por descubrir que podrían traernos materiales nuevos y sorprendentes más allá de nuestros sueños más salvajes.

  • Andrés dice:

    Plástica.

    • Amikino dice:

    • Pablo dice:

      Palabra.

  • Andy Pugh dice:

    976MPa es muy impresionante si es cierto. Sin embargo, concluir que la resiliencia de la microdureza está lejos de ser una ciencia precisa, y la dureza es notoriamente imprecisa en muestras muy delgadas.

    • Amikino dice:

      Por supuesto, también es anisotrópico, por lo que no se compara directamente con materiales como el aluminio, que generalmente es igual en todas las direcciones.

Pedro Molina
Pedro Molina

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