Un nuevo diseño realizado por investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia puede resolver un desafío de 200 años para los polímeros. Rompe el dogma de que los polímeros más rígidos deben ser menos elásticos.
En 1839, Charles Goodyear descubrió el proceso de vulcanización del caucho. En este proceso, calentar el caucho natural con azufre crea enlaces cruzados químicos entre las moléculas de caucho. Estos enlaces cruzados crean una red de polímeros y transforman el caucho en un material elástico y duradero.
Desde entonces, se ha creído que la elasticidad debe verse comprometida al fabricar un polímero más rígido.
«Estamos abordando un desafío fundamental que se creía imposible de resolver desde la invención del caucho vulcanizado en 1839.Dijo Liheng Cai.
«Esta limitación ha frenado el desarrollo de materiales que deben ser a la vez elásticos y rígidos, lo que ha obligado a los ingenieros a elegir una propiedad sobre la otra.Dijo Huang.
Son polímeros reticulados. Se utiliza en todo, desde electrodomésticos hasta dispositivos sanitarios. Los hilos de polímeros reticulados dan elasticidad o extensibilidad al material.. Agregar más enlaces cruzados es una forma tradicional de endurecer una red de polímeros.
Aunque esto añade rigidez, no mejora el equilibrio entre rigidez y ductilidad, y más secciones transversales eliminan la libertad de deformación, rompiéndose fácilmente cuando se estira.
A: desactivar la rigidez y la elasticidad, el autor principal Baidian Huang sugiere una nueva «Redes poliméricas con cepillo plegable». Este polímero puede mantener una longitud extra en su estructura.
El nuevo método analiza nanoestructuras magnéticas en alta resolución
«Nuestro equipo se dio cuenta de que al diseñar polímeros de cepillos plegables que pudieran contener una longitud adicional en su estructura, podíamos «desactivar» la rigidez y el volumen; en otras palabras, crear elasticidad sin sacrificar la rigidez.dijo Kai.Nuestro enfoque difiere porque se centra en la formación molecular de cadenas de redes en lugar de enlaces cruzados.«
A diferencia de los filamentos de polímero lineales, un polímero de cepillo para botellas plegable incluye múltiples cadenas que irradian desde una columna central. Cuando se tira del material, la longitud oculta dentro del polímero se puede estirar 40 veces sin aflojarse.
Si bien las cadenas laterales definen la rigidez, los investigadores ahora pueden controlar de forma independiente la rigidez y la capacidad de estiramiento. Esta estructura de polímero plegable no se limita a un tipo químico específico y permanece flexible incluso a temperaturas frías.
Más interesante aún, el polímero del cepillo para botellas plegable se puede imprimir en 3D y se puede mezclar con nanopartículas inorgánicas para exhibir propiedades eléctricas, magnéticas u ópticas complejas.
«Estos componentes nos brindan infinitas opciones para diseñar materiales que equilibren la resistencia y la elasticidad y al mismo tiempo aprovechen las propiedades de las nanopartículas inorgánicas en función de requisitos específicos.Dijo Kai.
Los investigadores están desarrollando nuevos materiales semiconductores que cambian de color.
Referencia de la revista
- Huang, B., Nian, S. y Cai, H. (2024): Una estrategia universal para separar redes de polímeros. DOI: 10.1126/sciadv.adq3080
