Los científicos han creado un plástico equivalente al acero: resistente pero ligero. Los plásticos, que los químicos a veces denominan polímeros, son una clase de moléculas de cadena larga formadas por unidades cortas repetitivas llamadas monómeros. A diferencia de los polímeros anteriores de la misma resistencia, el nuevo material solo 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 la sencillez de su síntesis. El proceso, que se lleva a cabo a temperatura ambiente, solo requiere materiales económicos, y el polímero se puede producir en masa en láminas grandes de tan solo nanómetros de espesor. Los investigadores publicaron sus hallazgos el 2 de febrero en la revista Nature.
El material en cuestión se denomina poliamida, una red entrelazada de unidades moleculares de amida (las amidas son grupos químicos de nitrógeno unidos a átomos de carbono unidos al oxígeno). Algunos ejemplos de estos polímeros son el Kevlar, una fibra utilizada para fabricar chalecos antibalas, y el Nomex, un tejido resistente al fuego. Al igual que el Kevlar, las moléculas de poliamida en el nuevo material están unidas entre sí por enlaces de hidrógeno a lo largo de toda la longitud de sus cadenas, lo que aumenta la resistencia general del material.
“Se adhieren entre sí como el velcro”, dijo el autor principal, Michael Strano, ingeniero químico del MIT. Para rasgar estos materiales no solo se requiere 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 facilita el procesamiento del material, ya que se puede convertir en películas delgadas o utilizar como recubrimiento superficial de película delgada. Los polímeros tradicionales tienden a crecer como cadenas lineales o a ramificarse y unirse repetidamente en tres dimensiones, independientemente de la orientación. Pero los polímeros de Strano crecen de una manera única en 2D para formar nanohojas.
“¿Es posible agregar datos en una hoja de papel? Resulta que, en la mayoría de los casos, no se puede hacer hasta que realizamos nuestro trabajo”, dijo Strano. “Así que 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 planar 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 monoméricos, la creciente red polimérica induce a los monómeros subsiguientes a combinarse únicamente en la dirección correcta para fortalecer la unión de la 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 una lámina suspendida del 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. Sorprendentemente, se necesita el doble de fuerza para desenroscar esta poliamida superresistente que acero del mismo grosor. Según Strano, la sustancia se puede utilizar como revestimiento protector en superficies metálicas, como las chapas de los automóviles, o como filtro para purificar el agua. En esta última función, la membrana filtrante ideal debe ser delgada pero lo suficientemente resistente como para soportar altas presiones sin que se filtren pequeños contaminantes molestos al suministro final, una característica perfecta para este material de poliamida.
En el futuro, Strano espera extender el método de polimerización a otros polímeros, más allá de este análogo del Kevlar. "Los polímeros están por todas partes", dijo. "Lo hacen todo". Imagínese convertir muchos tipos diferentes de polímeros, incluso algunos exóticos que pueden conducir electricidad o luz, en películas delgadas que puedan cubrir diversas superficies, añade. "Gracias a este nuevo mecanismo, tal vez ahora se puedan utilizar otros tipos de polímeros", concluyó Stano.
En un mundo rodeado de plásticos, la sociedad tiene motivos para entusiasmarse con un nuevo polímero cuyas propiedades mecánicas son extraordinarias, afirmó Strano. Esta aramida es extremadamente duradera, lo que significa que podemos reemplazar los plásticos cotidianos, desde pinturas hasta bolsas y envases de alimentos, con materiales más resistentes y en menor cantidad. Strano añadió que, desde el punto de vista de la sostenibilidad, este polímero 2D superresistente es un paso en la dirección correcta para liberar al mundo del plástico.
Shi En Kim (como se la suele llamar Kim) es una escritora científica independiente nacida en Malasia y becaria editorial de Popular Science en la primavera de 2022. Ha escrito extensamente sobre temas que van desde los usos curiosos de las telarañas (ya sean por humanos o por las propias arañas) hasta los recolectores de basura en el espacio exterior.
La nave espacial Starliner de Boeing aún no ha llegado a la Estación Espacial Internacional, pero los expertos se muestran optimistas ante la posibilidad de un tercer vuelo de prueba.
Participamos en el Programa de Afiliados de Amazon Services LLC, un programa de publicidad de afiliados diseñado para que podamos obtener comisiones al enlazar a Amazon.com y sitios afiliados. Registrarse o usar este sitio implica la aceptación de nuestros Términos de Servicio.
Fecha de publicación: 19 de mayo de 2022