Nuevo material tan ligero como el plástico y más fuerte que el acero

El nuevo material es el resultado de una hazaña que se creía imposible: polimerizar un material en dos dimensiones.

Mediante un novedoso proceso de polimerización, ingenieros del MIT han creado un nuevo material más fuerte que el acero y tan ligero como el plástico, que puede fabricarse fácilmente en grandes cantidades.

El nuevo material es un polímero bidimensional que se autoensambla en láminas, a diferencia de todos los demás polímeros, que forman cadenas unidimensionales similares a espaguetis. Hasta ahora, los científicos creían que era imposible inducir a los polímeros a formar láminas bidimensionales.

Un material así podría usarse como revestimiento ligero y duradero para piezas de automóviles o teléfonos móviles, o como material de construcción para puentes u otras estructuras, dice Michael Strano, profesor de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs del MIT y autor principal del nuevo estudio.

No solemos pensar en los plásticos como algo que pueda servir para sostener un edificio, pero con este material se pueden hacer cosas nuevas. Tiene propiedades muy inusuales y eso nos entusiasma.

Michael Strano.

Dos dimensiones

Los polímeros, entre los que se encuentran todos los plásticos, están formados por cadenas de bloques de construcción llamados monómeros. Estas cadenas crecen añadiendo nuevas moléculas en sus extremos. Una vez formados, los polímeros pueden convertirse en objetos tridimensionales, como las botellas de agua, mediante moldeo por inyección.

Los científicos especializados en polímeros llevan mucho tiempo planteando la hipótesis de que, si se pudiera inducir el crecimiento de los polímeros en una lámina bidimensional, deberían formar materiales extremadamente resistentes y ligeros.

Sin embargo, muchas décadas de trabajo en este campo llevaron a la conclusión de que era imposible crear tales láminas. Una de las razones era que si un solo monómero gira hacia arriba o hacia abajo, fuera del plano de la lámina en crecimiento, el material comenzará a expandirse en tres dimensiones y se perderá la estructura en forma de lámina.

Sin embargo, en el nuevo estudio, Strano y sus colegas idearon un nuevo proceso de polimerización que les permite generar una lámina bidimensional llamada poliaramida.

Para los bloques de construcción de monómeros, usan un compuesto llamado melamina, que contiene un anillo de átomos de carbono y nitrógeno. En las condiciones adecuadas, estos monómeros pueden crecer en dos dimensiones, formando discos. Estos discos se apilan unos sobre otros, manteniéndose unidos por enlaces de hidrógeno entre las capas, lo que hace que la estructura sea muy estable y fuerte.

Como el material se autoensambla en solución, puede fabricarse en grandes cantidades con sólo aumentar la cantidad de los materiales de partida. Los investigadores demostraron que podían recubrir superficies con películas del material, al que llaman 2DPA-1.

Con este avance, tenemos moléculas planas que van a ser mucho más fáciles de convertir en un material muy fuerte, pero extremadamente delgado.

Michael Strano.

Ligero pero fuerte

Los investigadores descubrieron que el módulo elástico del nuevo material, una medida de la fuerza que se necesita para deformar un material, es entre cuatro y seis veces mayor que el del cristal a prueba de balas.

También descubrieron que su límite elástico, es decir, la fuerza que se necesita para romper el material, es dos veces mayor que la del acero, a pesar de que el material sólo tiene una sexta parte de la densidad del acero.

Un aspecto importante de estos nuevos polímeros es que son fácilmente procesables en solución, lo que facilitará numerosas aplicaciones nuevas en las que es importante una alta relación resistencia-peso.

Otra característica clave del 2DPA-1 es que es impermeable a los gases. Esto podría permitirnos crear revestimientos ultrafinos que impidan completamente el paso del agua o los gases.

Vía mit.edu