Materiales Inteligentes, una nueva forma de pensar

Sus hallazgos fueron publicados el mes pasado en Nature Chemistry .Durante casi treinta años, los investigadores que intentaron controlar cuándo y dónde se endurecen los plásticos se centraron en el diseño de catalizadores especiales «dormidos», moléculas que permanecen latentes hasta que se activan por la luz, el calor u otra señal.

Estos catalizadores suelen ser sensibles, costosos y difíciles de manipular.

«Este trabajo demuestra una nueva forma de pensar sobre un problema general en la ciencia de los polímeros y, con suerte, inspirará a los científicos en el campo a mirar los desafíos en su propio trabajo con un nuevo punto de vista«.

En lugar de intentar activar el catalizador, lo ocultaron dentro de los propios bloques de construcción de plástico, creando así los llamados «monómeros latentes».

Estos son bloques de construcción líquidos y estables que permanecen inactivos durante semanas.

Luego, se transforman en un material sólido similar al plástico solo al exponerse a la luz o a un calentamiento suave.

Estos nuevos monómeros latentes se construyen a partir de pequeñas moléculas llamadas norbornadienos.

Los norbornadienos pueden abrirse y unirse en largas cadenas mediante un método estándar de fabricación de plásticos llamado ROMP (polimerización por metátesis por apertura de anillo).

Al exponerlos a luz ultravioleta, cambian a una forma diferente llamada cuatriciclano, que es básicamente el estado «inactivo»: está inactivo y no construye cadenas. Posteriormente, un calentamiento suave con diminutas nanopartículas de oro activa el cuatriciclano, convirtiéndolo en el reactivo norbornadieno, de modo que la construcción de la cadena puede reanudarse cuando se necesite.

Dado que los químicos pueden producir fácilmente muchos norbornadienos diferentes, este sistema conmutable podría dar lugar a cientos de nuevos materiales similares al plástico, incluidos algunos que son muy difíciles de fabricar con los métodos existentes.“En lugar de un catalizador latente, creamos bloques de construcción latentes del propio material”, explica el profesor Yossi Weizmann, quien dirigió el estudio.

“La mezcla puede permanecer en reposo durante semanas y se solidificará solo al exponerla a la luz o calentarla. Este tipo de curado fotoeléctrico a demanda podría hacer que los procesos de producción industrial, impresión y reparación sean más seguros, sencillos y energéticamente eficientes”.

Los nuevos líquidos contienen tres ingredientes clave:

• Bloques de construcción que pueden unirse para formar largas cadenas similares al plástico.
• Un catalizador industrial estándar que impulsa la reacción de formación de cadena.
• Pequeñas nanopartículas de oro que actúan como calentadores microscópicos cuando se iluminan con luz infrarroja cercana.

En su estado latente, los monómeros latentes se encuentran bloqueados en una forma que no reacciona, a pesar de la presencia del catalizador.

Cuando los investigadores iluminan las nanopartículas de oro, estas calientan su entorno inmediato y transforman los monómeros en una forma activa que se une rápidamente a un material sólido.

El mismo cambio también se puede lograr mediante calentamiento convencional, pero no con la misma eficiencia.

Utilidades prácticas

Dado que no ocurre nada hasta que se acciona el gatillo, los fabricantes podrían en principio:

• Almacenar una formulación líquida lista para usar durante semanas sin que se espese ni se endurezca.
• Rellenar, cubrir o imprimir las piezas primero y solo luego activar el curado en las regiones seleccionadas usando patrones de luz o máscaras.
• Reducir el desperdicio y el uso de energía al evitar la necesidad de mezclar constantemente lotes nuevos o calentar volúmenes enteros durante períodos prolongados.El estudio también demuestra que esta idea de bloques de construcción intercambiables puede hacer mucho más que simplemente activar y desactivar una reacción.

Al mezclar bloques de construcción activos desde el principio con otros que permanecen inactivos hasta que se calientan, el equipo puede crear plásticos cuyas cadenas tienen dos secciones diferentes, lo que da como resultado materiales con propiedades combinadas en un solo producto.

También pueden crear primero un material blando fácil de moldear y luego solidificarlo para formar un sólido más resistente y duradero, todo en un solo proceso.

Fuente: LatamIsrael