Brillante y resistente: un material que se cura a sí mismo y brilla
Un nuevo material podría allanar el camino a nuevos materiales como las células solares orgánicas
Un equipo de investigadores del Centro de Ciencia de Recursos Sostenibles (CSRS) de RIKEN ha logrado desarrollar un material autorregenerativo que también es capaz de emitir una gran cantidad de fluorescencia al absorber la luz. La investigación, publicada en la revista Journal of the American Chemical Society, podría abrir el camino a la creación de nuevos materiales como células solares orgánicas más duraderas que los tipos actuales.
Fluorescencia y propiedad de autocuración de la película impresa en flor de terpolímero compuesto de etileno, anisilpropileno y pireniletenilestireno sustituido.
RIKEN
En 2019, Zhaomin Hou y su equipo del CSRS de RIKEN copolimerizaron con éxito etileno y anisilpropileno utilizando un catalizador de metales de tierras raras. El copolímero binario resultante mostró notables propiedades de autocuración frente a daños. Los componentes blandos del copolímero, unidades alternas de etileno y anisilpropileno, junto con unidades cristalinas duras de cadenas de etileno-etileno, actuaron como puntos físicos de reticulación, formando una estructura separada en nanofases que resultó crucial para la autocuración.
A partir de este éxito, incorporaron una unidad luminiscente, el estirolpireno, a un monómero y formaron polímeros que también incluían anisilpropileno y etileno. Este proceso condujo a la síntesis, en un solo paso, de un material autorregenerativo con características fluorescentes.
"Los materiales fluorescentes son muy útiles, ya que pueden utilizarse para diodos orgánicos emisores de luz (OLED), transistores orgánicos de efecto de campo (OFET) y células solares. Sin embargo, uno de los principales problemas de estos materiales es su corta vida útil durante el uso. Se espera que nuestro nuevo material prolongue la vida útil de los productos y aumente su fiabilidad", afirma Masayoshi Nishiura, colaborador de Hou en este estudio.
Hubo una sorpresa añadida. El copolímero resultante no sólo demostró ser resistente, sino que también se autocuraba sin necesidad de estímulos externos ni energía. Su resistencia a la tracción se recuperó por completo en 24 horas, lo que demuestra una gran velocidad de autocuración en comparación con los copolímeros binarios. El material era capaz de autorrepararse incluso en soluciones acuosas, ácidas y alcalinas, lo que le daba usos potenciales en diversos entornos.
La estructura de red del copolímero, que implica puntos físicos de reticulación formados por las unidades de estirolpireno y nanodominios cristalinos de etileno-etileno y segmentos blandos compuestos por las unidades alternas, facilitó la autorreparación.
El material también mostró una propiedad añadida. El equipo de investigación consiguió transferir con éxito una imagen bidimensional a la película fluorescente autorreparable mediante fotolitografía. Aunque la imagen permanecía invisible a la luz natural, se hacía reconocible a la luz ultravioleta, lo que sugiere posibles aplicaciones de la película como dispositivo de almacenamiento de información. La película mantuvo sus excelentes propiedades de autocuración y elastoméricas incluso con las imágenes.
"El material que sintetizamos, mediante una reacción de un solo paso, nos dio la capacidad de controlar sus propiedades ópticas y mecánicas ajustando la composición del monómero. Creemos que podría contribuir significativamente al desarrollo de nuevos materiales funcionales con gran capacidad de autocuración en diversos entornos prácticos", afirma Hou. Esta investigación se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, contribuyendo especialmente al "Objetivo 12: Garantizar pautas de consumo y producción sostenibles."
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Publicación original
Lin Huang, Yang Yang, Jingjing Shao, Gang Xiong, Haobing Wang, Masayoshi Nishiura, Zhaomin Hou; "Synthesis of Tough and Fluorescent Self-Healing Elastomers by Scandium-Catalyzed Terpolymerization of Pyrenylethenylstyrene, Ethylene, and Anisylpropylene"; Journal of the American Chemical Society, Volume 146, 2024-1-18
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