19 de Abril de 2022
Materiales

Crean ionogeles resistentes, elásticos y fáciles de fabricar

Los nuevos materiales, formados por cadenas poliméricas empapadas en un líquido iónico, podrían usarse en la impresión 3D, en baterías más duraderas o como protección frente a impactos.

Los ionogeles podrían usarse en una gran variedad de aplicaciones; por ejemplo, servirían como «tinta» en impresoras 3D como la de la imagen. [Pixabay]

Los hidrogeles son materiales blandos y flexibles que se emplean en una gran variedad de aplicaciones, desde las lentes de contacto hasta la gelatina. Pero todos comparten una estructura común: una enmarañada red de cadenas poliméricas empapadas en agua. Ahora, los investigadores han desarrollado una nueva versión de un «ionogel», un material similar a los hidrogeles que es más resistente y podría encontrar incluso más usos, entre ellos, baterías más duraderas.

En lugar de agua, los polímeros de un ionogel contienen un líquido iónico. Ese líquido está formado por iones con carga positiva y negativa, igual que la sal de mesa. Pero los líquidos iónicos no forman sólidos cristalinos a temperatura ambiente. Aun así, los fuertes enlaces entre los iones aseguran que el líquido no se evapora como el agua. Y gracias, en parte, al poder adhesivo de los iones, los polímeros empapados en un líquido iónico pueden ser más resistentes que los de los hidrogeles.

Michael Dickey, ingeniero químico de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, y sus colaboradores han ideado un nuevo método para crear ionogeles con unas propiedades mecánicas que él describe como «las mejores de su clase [de materiales]». Son más difíciles de romper que el cartílago o el caucho, pero se mantienen suaves y elásticos. (Según Dickey, un cierto tipo de ionogel puede estirarse hasta siete veces su longitud, más del doble que una banda elástica.) Los ionogeles que ha desarrollado su equipo conducen la electricidad y se mantienen estables aunque varíe la temperatura. Y si se les aplica calor, pueden autorreparar un corte o desgarro. El nuevo material se describe en un estudio publicado en Nature Materials.

«Estos ionogeles transparentes son muy resistentes desde el punto de vista mecánico y se distinguen por lo fáciles que son de preparar», señala Xuanhe Zhao, ingeniero mecánico del Instituto de Tecnología de Massachusetts que revisó el estudio, pero no participó directamente en el trabajo. Otros investigadores han desarrollado sus propios ionogeles, pero su fabricación suele implicar varios pasos o reacciones químicas complejas. Dickey y sus colaboradores simplemente añadieron los componentes básicos (o monómeros) de dos tipos diferentes de polímeros a un líquido iónico y luego iluminaron la mezcla para conseguir que los monómeros se unieran en cadenas de polímeros. «En este caso, uno más uno es igual a 100», afirma Dickey. «Tomamos dos materiales que, por sí mismos, son comunes; pero los ponemos en ese nuevo entorno, y obtenemos algo notablemente resistente.»

Los ionogeles elaborados con el nuevo método podrían tener muchas aplicaciones. Su dureza y elasticidad los convierten en buenos candidatos para amortiguar accidentes automovilísticos o explosiones. Los ionogeles se solidifican al exponerlos a la luz, por lo que se podría usar una formulación para imprimir en 3D objetos difíciles de romper. Y, dado que sus iones pueden transportar carga eléctrica, podrían utilizarse en baterías recargables, con la ventaja de que resistirían la degradación mejor que los electrolitos líquidos que se emplean en la actualidad.

Esas son solo algunas posibilidades, asegura Dickey. «Cuando tienes un material tan fácil de fabricar y con unas propiedades tan buenas», concluye, «seguramente dará lugar a aplicaciones que van más allá de mi imaginación». 

Sophie Bushwick

Referencia: «Tough and stretchable ionogels by in situ phase separation», Meixiang Wang et al. en Nature Materials, vol. 21, págs. 359-365, marzo de 2022.

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