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  • 22/01/2016

Materiales

Diseñan un nuevo material programable que combina elasticidad y plasticidad

Crean el primer polímero reactivo al calor con capacidad de memorizar su forma y adoptar nuevas estructuras.

Science

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Obtención de estructuras de origami a partir de la manipulación de la forma del nuevo polímero mediante procesos elásticos y plásticos regulados por el calor. Una porción cuadrada del mismo se puede doblar plásticamente en un pájaro permanente, el cual puede deformarse en varias formas temporales, como un avión o un cuadrado; después, el ave se puede recuperar mediante la elasticidad. Además, el pájaro recuperado puede manipularse plásticamente para formar una estructura de origami totalmente distinta: un bote, que también se puede convertir en varias configuraciones temporales, como un molino o un cuadrado. Ver imagen completa (Parte A). [Qian Zhao i Tao Xie]

Un grupo de investigadores del Laboratorio de Ingeniería Química State Key de la Universidad de Zhejiang, en Hangzhou, han presentado en la revista Science un nuevo material programable. «El material conseguido no solo puede doblarse en múltiples formas; también puede cambiar de estructura sin presentar grandes signos de fatiga», comentan los autores del trabajo Qian Zhao, Weike Zou, Yingwu Luo y Tao Xie.

Los materiales que se pliegan de forma autónoma no son nuevos. Los primeros se basaron en la elasticidad, la tendencia de un cuerpo a volver a su forma original. Cuando el material se calentaba, cambiaba de la estructura original a otra nueva; una vez frío, sus polímeros fibrosos se enrollaban y volvía a su configuración inicial.

Pero los materiales basados en la elasticidad entrañan una limitación. Solamente pueden memorizar dos o tres formas. En 2005, Christopher N. Bowman, de la Universidad de Colorado en Boulder, y otros científicos recurrieron a otra propiedad de los materiales: la plasticidad, o habilidad de un cuerpo para ser modelado. El trabajo se publicó también en Science.

Años más tarde, el equipo de Xie se planteó la posibilidad de incorporar ambas propiedades (elasticidad y plasticidad) en un mismo polímero. Con este propósito, se sirvieron de un material elástico: la policaprolactona (PCL), un poliéster biodegradable con un bajo punto de fusión. Para dar plasticidad al material, le añadieron un catalizador orgánico conocido como 1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene (TBD). El mecanismo es el siguiente: si se sobrepasa la temperatura elástica de transición, el material adopta una forma; cuando se enfría por debajo del punto de transición elástico, vuelve a la configuración original. Si el material se encuentra a una temperatura superior al punto de transición plástico, se crean enlaces químicos entre las cadenas del polímero. Este hecho permite que el material manipulado cambie su forma original por otra. La estructura recién formada es la nueva forma original.

Después de meses de prueba y error, el equipo de Xie encontró que las temperaturas de transición idóneas eran de 70 oC y 130 oC para la elasticidad y la plasticidad, respectivamente. Actualmente trabajan en una versión del material que funcione a temperaturas más bajas que las usadas en este estudio. Timothy White, ingeniero químico del Laboratorio de Investigación de las Fuerzas Aéreas en Dayton, Ohio, que no ha participado en el trabajo, comenta que el nuevo polímero significa un «paso adelante» en los sistemas de forma reprogramable. Xie considera la electrónica flexible como una posible aplicación. Imaginad un diario electrónico que se extendiese a causa del calor de vuestras manos y que, una vez leído, se doblase.

Más información en Science Advances

Fuente: Science

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