Los científicos han creado un plástico equivalente al acero: fuerte pero no pesado. Los plásticos, que los químicos a veces llaman polímeros, son una clase de moléculas de cadena larga formadas por unidades cortas que se repiten llamadas monómeros. A diferencia de los polímeros anteriores de la misma resistencia, el nuevo material sólo Se presenta en forma de membrana. Además, es 50 veces más hermético que el plástico más impermeable del mercado. Otro aspecto destacable de este polímero es su sencillez de síntesis. El proceso, que se realiza a temperatura ambiente, sólo requiere materiales baratos y el El polímero se puede producir en masa en grandes láminas de sólo nanómetros de espesor. Los investigadores informan sobre sus hallazgos el 2 de febrero en la revista Nature.
El material en cuestión se llama poliamida, una red roscada de unidades moleculares de amida (las amidas son grupos químicos de nitrógeno unidos a átomos de carbono unidos por oxígeno). Dichos polímeros incluyen Kevlar, una fibra utilizada para fabricar chalecos antibalas, y Nomex, una fibra ignífuga. tejido resistente.Al igual que Kevlar, las moléculas de poliamida del nuevo material están unidas entre sí mediante enlaces de hidrógeno a lo largo de toda la longitud de sus cadenas, lo que mejora la resistencia general del material.
"Se pegan como velcro", dijo el autor principal Michael Strano, ingeniero químico del MIT. Para desgarrar materiales es necesario no sólo romper cadenas moleculares individuales, sino también superar los gigantescos enlaces de hidrógeno intermoleculares que impregnan todo el haz de polímeros.
Además, los nuevos polímeros pueden formar escamas automáticamente. Esto hace que el material sea fácil de procesar, ya que puede convertirse en películas delgadas o usarse como recubrimiento de superficie de película delgada. Los polímeros tradicionales tienden a crecer como cadenas lineales o a ramificarse y ramificarse repetidamente. se vinculan en tres dimensiones, independientemente de la orientación. Pero los polímeros de Strano crecen de una manera única en 2D para formar nanohojas.
“¿Puedes hacer agregados en una hoja de papel? Resulta que, en la mayoría de los casos, no se puede hacer hasta que hayamos trabajado”, dijo Strano. “Entonces, encontramos un nuevo mecanismo”. En este trabajo reciente, su equipo superó un obstáculo para hacer posible esta agregación bidimensional.
La razón por la que las poliaramidas tienen una estructura plana es que la síntesis de polímeros implica un mecanismo llamado plantilla autocatalítica: a medida que el polímero se alarga y se adhiere a los bloques de construcción del monómero, la red polimérica en crecimiento induce a los monómeros posteriores a combinarse solo en la dirección correcta para fortalecer la unión de los Estructura bidimensional. Los investigadores demostraron que podían recubrir fácilmente el polímero en solución sobre obleas para crear laminados de una pulgada de ancho y menos de 4 nanómetros de espesor. Eso es casi una millonésima parte del espesor del papel de oficina normal.
Para cuantificar las propiedades mecánicas del material polimérico, los investigadores midieron la fuerza necesaria para perforar agujeros en una lámina suspendida de material con una aguja fina. Esta poliamida es de hecho más rígida que los polímeros tradicionales como el nailon, el tejido utilizado para fabricar paracaídas. Para desenroscar esta poliamida súper resistente se necesita el doble de fuerza que el acero del mismo espesor. Según Strano, la sustancia se puede utilizar como capa protectora sobre superficies metálicas, como por ejemplo chapas de automóviles, o como filtro para purificar el agua. En esta última función, la membrana de filtro ideal debe ser delgada pero lo suficientemente fuerte como para soportar altas presiones sin filtrar pequeños contaminantes molestos a nuestro suministro final: un ajuste perfecto para este material de poliamida.
En el futuro, Strano espera extender el método de polimerización a diferentes polímeros más allá de este análogo de Kevlar. "Los polímeros están a nuestro alrededor", dijo. "Hacen de todo". Imagínese convertir muchos tipos diferentes de polímeros, incluso los exóticos que pueden conducir electricidad o luz, en películas delgadas que puedan cubrir una variedad de superficies, agrega. "Gracias a este nuevo mecanismo, tal vez ahora se puedan usar otros tipos de polímeros". Dijo Stano.
En un mundo rodeado de plásticos, la sociedad tiene motivos para estar entusiasmada con otro nuevo polímero cuyas propiedades mecánicas son todo menos comunes, dijo Strano. Esta aramida es extremadamente duradera, lo que significa que podemos reemplazar los plásticos cotidianos, desde pinturas hasta bolsas y envases de alimentos. con menos materiales y más resistentes. Strano añadió que desde el punto de vista de la sostenibilidad, este polímero 2D superfuerte es un paso en la dirección correcta para liberar al mundo del plástico.
Shi En Kim (como suele llamarse Kim) es una escritora científica independiente nacida en Malasia y pasante editorial de Popular Science Primavera 2022. Ha escrito extensamente sobre temas que van desde los usos extravagantes de las telarañas (humanos o las propias arañas) hasta los recolectores de basura. en el espacio exterior.
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Hora de publicación: 19 de mayo de 2022