Luz verde para una nueva generación de materiales dinámicos

17.07.2019 - Australia

El desarrollo de materiales sintéticos tan dinámicos como los que se encuentran en la naturaleza, con propiedades que cambian reversiblemente y que podrían utilizarse en la fabricación, el reciclaje y otras aplicaciones, es un fuerte enfoque para los científicos.

En una primicia mundial, los investigadores de la Universidad de Tecnología de Queensland (QUT), la Universidad de Gante (UGent) y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han sido pioneros en la utilización de un material novedoso, dinámico y reprogramable, utilizando luz LED verde y, lo que es notable, oscuridad como interruptores para cambiar la estructura polimérica del material, y utilizando sólo dos compuestos químicos de bajo coste. Uno de estos compuestos, el naftaleno, es bien conocido como ingrediente de los repelentes de polillas.

El nuevo material dinámico podría utilizarse potencialmente como tinta de impresión 3D para imprimir andamios de soporte temporales y fáciles de retirar. De este modo se superaría una de las limitaciones actuales del proceso 3D para imprimir estructuras colgantes.

Pulpos microscópicos de una impresora 3D

Los polímeros inteligentes desarrollados recientemente tienen propiedades "similares a las de la vida".

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La investigación forma parte de una colaboración internacional en curso entre el químico macromolecular de QUT y el Profesor Christopher Barner-Kowollik, del Consejo Australiano de Investigación, el Dr. Hannes Houck, quien recientemente completó su doctorado en QUT, UGent y KIT, el Profesor Filip Du Prez de UGent, y la Dra. Eva Blasco de KIT.

Puntos clave:

El nuevo material se formó con naftalenos y las moléculas de acoplamiento triazolinedionas (TADs).
Mientras la luz verde del LED brilló sobre el material, permaneció estable y fuerte.
Una vez que la luz se apagó y el material se mantuvo en la oscuridad, los enlaces químicos de la estructura de la red se rompieron y el material se ablandó y se licuó.
El proceso difícil de suavizar puede repetirse con sólo pulsar un botón, y la luz puede atenuarse para modular las propiedades mecánicas del material.
El seguimiento de la investigación consiste en buscar otras combinaciones químicas que puedan lograr el mismo resultado.

El profesor Barner-Kowollik, de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la QUT, dijo que lo que hace único al descubrimiento es que la luz se utiliza como detonante para estabilizar, en lugar de destruir, los enlaces químicos, por lo que los investigadores han acuñado un nuevo término, materiales dinámicos estabilizados con luz (LSDMs).

"Esperamos presentar los LSDM como una nueva clase de materiales", dijo el Dr. Houck. "Debatimos si patentar el nuevo material, pero decidimos no esperar y publicar los resultados para avanzar en el conocimiento y la comprensión de los procesos involucrados".

Los investigadores dijeron que lo que han conseguido es lo contrario de lo que se suele hacer en química y que "mucha gente no creía que se pudiera hacer".

"Típicamente, se usan diferentes longitudes de onda de luz o calor adicional o químicos fuertes para romper las cadenas de moléculas de polímeros que forman una estructura de red", dijeron.

"Sin embargo, en este caso, utilizamos luz LED verde para estabilizar la red. El detonante para romper la red, hacerla colapsar y fluir es en realidad el más suave de todos: la oscuridad. Vuelva a encender la luz y el material se endurecerá de nuevo y conservará su resistencia y estabilidad.

"Esto es lo que se llama un sistema químico fuera de equilibrio. La energía constante de la luz verde mantiene el sistema químico en esta forma enlazada, empujándolo fuera de su equilibrio. Si le quitas la luz, el sistema vuelve a su estado de menor energía".

El profesor Barner-Kowollik dijo que los investigadores ya habían sido contactados por compañías de tecnología de impresión 3D interesadas en la aplicación de la investigación.

La impresión en 3D se utiliza en la industria aeroespacial y automotriz para fabricar piezas complejas y prototipos detallados.

Sin embargo, la impresión en 3D de diseños complejos con voladizos o puentes es difícil o está fuera de los límites porque el proceso en 3D implica la impresión capa sobre capa, y no hay soporte directo para las capas en estructuras con ángulos pronunciados.

"Lo que se necesita para imprimir en 3D algo así como un puente es un andamio de soporte, una segunda tinta que proporciona ese andamio durante la impresión del diseño, pero que luego se puede quitar cuando ya no se necesita", dijo.

"Con una tinta dinámica estabilizada a la luz usada como andamio se podía imprimir en 3D bajo la luz, luego apagar la luz para dejar que la tinta del andamio fluya."

El profesor Du Prez y el profesor Barner-Kowollik dijeron que otra posible aplicación de los LSDM era como herramienta de estudio de la biología celular, y que los biólogos los utilizaban como soporte de la superficie celular que podían alterar mediante modulación de la luz sin dañar las células.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.