El hidrogel bio-inspirado puede cambiar rápidamente a plástico rígido
Un nuevo material que se endurece 1,800 veces cuando se expone al calor podría proteger a los motociclistas y a los conductores de autos de carrera durante los accidentes.
El gel es suave y transparente a 25°C y no puede soportar un peso de 10 kg (paneles superiores) pero rápidamente se vuelve rígido y opaco cuando se calienta a 60°C, llegando a ser lo suficientemente fuerte para soportar el peso (paneles inferiores). (Nonoyama T. et al., Advanced Materials, 18 de noviembre de 2019).
Nonoyama T. et al., Advanced Materials, November 18, 2019
Los investigadores de la Universidad de Hokkaido han desarrollado un hidrogel que hace lo contrario de lo que hacen normalmente los materiales a base de polímeros, como las botellas de plástico: su material se endurece cuando se calienta y se ablanda cuando se enfría. Sus hallazgos, publicados en la revista Advanced Materials, podrían llevar a la fabricación de prendas de protección para accidentes de tráfico y deportivos.
Takayuki Nonoyama y Jian Ping Gong de la Universidad de Hokkaido y sus colegas se inspiraron en cómo las proteínas permanecen estables dentro de organismos que sobreviven en ambientes de calor extremo, como las fuentes termales y los respiraderos de aguas profundas. Normalmente, el calor "desnaturaliza" las proteínas, alterando su estructura y rompiendo sus enlaces. Pero las proteínas dentro de las termófilas permanecen estables con el calor gracias a las interacciones electrostáticas mejoradas como los enlaces iónicos.
El equipo desarrolló un gel poliacrílico económico y no tóxico basado en este concepto. Un gel compuesto de polielectrolito poli(ácido acrílico) (PAAc) fue sumergido en una solución acuosa de acetato de calcio. El PAAc actúa por sí mismo como cualquier otro material a base de polímeros y se ablanda cuando se calienta. Pero cuando se añade acetato de calcio, los residuos laterales de PAAc interactúan con las moléculas de acetato de calcio, de forma similar a lo que ocurre dentro de las proteínas termófilas, haciendo que PAAc actúe de forma muy diferente.
El equipo encontró que su gel originalmente uniforme se separa en una "fase" densa en polímeros y en una fase dispersa en polímeros a medida que la temperatura aumenta. Cuando alcanza una temperatura crítica, en este caso alrededor de 60°C, la fase densa sufre una deshidratación significativa que refuerza los enlaces iónicos y las interacciones hidrofóbicas entre las moléculas de polímeros. Esto hace que el material se transforme rápidamente de un hidrogel suave y transparente a un plástico rígido y opaco.
El material calentado era 1.800 veces más rígido, 80 veces más fuerte y 20 veces más resistente que el hidrogel original. La conmutación de suave a rígido era completamente reversible mediante el calentamiento y enfriamiento alternativo del material. Además, los científicos pudieron ajustar la temperatura de conmutación ajustando la concentración de los ingredientes.
Luego demostraron una posible aplicación del material combinándolo con un tejido de vidrio. Este nuevo tejido era suave a temperatura ambiente, pero cuando se tiraba contra una superficie de asfalto durante cinco segundos a una velocidad de 80 km/hora, el calor generado por la fricción endureció el material y sólo se formaron pequeñas abrasiones en la superficie de contacto.
Takayuki Nonoyama dice: "La ropa fabricada con un tejido similar podría utilizarse para proteger a las personas durante accidentes de tráfico o deportivos, por ejemplo. Nuestro material también podría ser usado como un revestimiento de ventana que absorbe el calor para mantener los ambientes interiores más frescos".
"Este gel polimérico puede fabricarse fácilmente con materias primas versátiles, económicas y no tóxicas que se encuentran comúnmente en la vida diaria. Específicamente, los ácidos poliacrílicos se usan en pañales desechables y los acetatos de calcio se usan en aditivos alimentarios", agregó Jian Ping Gong. "Nuestro estudio contribuye a la investigación básica sobre nuevos polímeros sensibles a la temperatura, y a la investigación aplicada sobre materiales inteligentes sensibles a la temperatura."
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.
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