El avance podría
servir para fabricar prótesis inteligentes o aparatos electrónicos personales
más resistentes y autorreparables, publica la Universidad de Stanford en un
comunicado. Los investigadores que intentan imitar la piel humana conocen bien sus
sorprendentes características. Nuestra piel no solo es sensible –para enviar al
cerebro la información que este precisa sobre presión y temperatura- sino que
también constituye una barrera protectora contra el medio.
La combinación de
estas dos características en un material sintético suponía un apasionante reto
para la profeosra de ingeniería química de Stanford,
Zhenan Bao y su equipo
de colaboradores. Lo que este grupo de
investigadores ha conseguido es crear el primer material que puede tanto
detectar la presión sutil como autorrepararse cuando se rompe o se corta. Los
resultados del presente trabajo han aparecido publicados en la revista
Nature
Nanotechnology.
En la última década, se han producido importantes avances en la fabricación
de piel sintética, afirma Bao, investigadora principal del estudio, pero incluso
los materiales de autorreparación más eficaces conseguidos hasta ahora han
presentado serios inconvenientes.
Por ejemplo, para funcionar, algunos de ellos deben ser expuestos a altas
temperaturas, lo que hace poco práctico su uso corriente. Otros son capaces de
autorrepararse a temperatura ambiente, pero cuando se autorreparan, por ejemplo,
de un corte, su estructura mecánica o química cambia, por lo que sólo pueden
autorrepararse una sola vez.
Por último, y lo más importante, ningún material
autorreparable de los fabricados hasta el momento ha resultado ser un buen
conductor de electricidad. Y “para la interacción de este tipo de materiales con el mundo digital, lo
ideal es que estos sean buenos conductores”, señala Benjamin Chee Keong-Tee,
autor principal del artículo de Nature Nanotechnology.
Una nueva receta
Los investigadores
lograron crear este nuevo material autorreparable combinando dos “ingredientes”.
De esta manera lograron mezclar lo que Bao llama “lo mejor de ambos mundos”: la
capacidad de autorreparación de los
polímeros plásticos y la
conductividad de los metales.
Los científicos comenzaron su investigación con un plástico constituido por
largas cadenas de moléculas unidas por puentes de hidrógeno (constituidos por la
atracción relativamente débil de la región cargada positivamente de cada átomo
de hidrógeno y la región cargada negativamente del siguiente átomo).
“Estos vínculos dinámicos permiten que el material se autorrepare”, explica
Chao Wang, co-autor del estudio. Las moléculas se rompen con facilidad, pero
luego, cuando son reconectadas, los vínculos o puentes se reorganizan a sí
mismos de nuevo, restaurando la estructura del material dañado, añade Wang. El
resultado fue un material flexible y autorreparable, incluso a temperatura
ambiente.
En una segunda fase
de la investigación, Bao y sus colaboradores agregaron a este polímero elástico
pequeñas partículas de
níquel (metal de transición
de color blanco plateado, conductor de la electricidad y del calor), con las que
aumentaron su resistencia mecánica. A nanoescala, las superficies de estas
partículas son ásperas, lo que resultó clave en la fabricación del material
conductor.
Tee compara estas asperezas superficiales con “mini-machetes”: cada borde que
sobresale concentra un campo eléctrico, lo que facilita el flujo de corriente
entre las partículas. El resultado obtenido fue un polímero con características
poco comunes: “La mayoría de los plásticos son buenos aislantes, pero este es un
excelente conductor”, afirma Bao.
