Una proteína bioinspirada crea materiales estirables en capas 2D
La naturaleza crea materiales en capas, como el hueso y el nácar, que se vuelven menos sensibles a los defectos a medida que crecen. Ahora, los investigadores han creado, mediante proteínas biomiméticas con patrones de dientes anulares de calamar, materiales compuestos en capas 2D que son resistentes a la rotura y extremadamente estirables.
Utilizando proteínas biomiméticas con patrones de dientes anulares de calamar, los investigadores han creado materiales compuestos en capas 2D que son resistentes a la rotura y extremadamente estirables.
Burcu Dursun, Penn State
"Los investigadores rara vez informaban de esta propiedad de la interfaz entre el hueso y el nácar porque era difícil de medir experimentalmente", explica Melik Demirel, titular de la cátedra Lloyd y Dorothy Foehr Huck de Materiales Biomiméticos y director del Centro de Tecnologías Avanzadas de Fibra de Penn State.
Los materiales compuestos en 2D están formados por capas de un material duro, como el grafeno o un MXeno -generalmente un carburo, nitruro o carbonitruro de metal de transición-, separadas por capas de algo que pegue las capas. Mientras que los grandes trozos de grafeno o MXeno tienen propiedades a granel, la fuerza de los compuestos 2D proviene de las propiedades interfaciales.
"Como utilizamos un material interfacial que podemos modificar repitiendo secuencias, podemos ajustar las propiedades", explica Demirel. "Podemos hacerlo muy flexible y muy resistente al mismo tiempo".
Señaló que los materiales también pueden tener regímenes o propiedades de conducción térmica únicos, difundiendo el calor en una dirección con más fuerza que a 90 grados. Los resultados de este trabajo se publicaron en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Este material sería estupendo para las plantillas de las zapatillas de correr", afirma Demirel. "Podría enfriar el pie y la flexión repetida no rompería la plantilla".
Estos compuestos 2D podrían utilizarse para placas de circuitos flexibles, dispositivos vestibles y otros equipos que requieran resistencia y flexibilidad.
Según Demirel, la teoría tradicional del continuo no explica por qué estos materiales son a la vez fuertes y flexibles, pero las simulaciones demostraron que la interfaz importa. Lo que aparentemente ocurre es que con un mayor porcentaje del material compuesto por la interfaz, ésta se rompe en algunos puntos cuando el material está sometido a tensión, pero el material en su conjunto no se rompe.
"La interfaz se rompe, pero el material no", dijo Demirel. "Esperábamos que se volviera obediente, pero de repente no sólo es obediente, sino súper elástico".
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