Los científicos han creado un plástico equivalente al acero: fuerte pero no pesado. Los plásticos, que los químicos a veces llaman polímeros, son una clase de moléculas de cadena larga formadas por unidades repetitivas cortas llamadas monómeros. A diferencia de los polímeros anteriores de la misma fuerza, el nuevo material solo se presenta en forma de membrana. Además, es 50 veces más hermético que el plástico más impermeable del mercado. Otro aspecto destacable de este polímero es su sencillez de síntesis. El proceso, que se realiza a temperatura ambiente, requiere únicamente materiales económicos y la El polímero se puede producir en masa en láminas grandes que tienen un grosor de solo nanómetros. Los investigadores informan sobre sus hallazgos el 2 de febrero en la revista Nature.
El material en cuestión se llama poliamida, una red roscada de unidades moleculares de amida (las amidas son grupos químicos de nitrógeno unidos a átomos de carbono unidos por oxígeno). Tales polímeros incluyen Kevlar, una fibra que se usa para hacer chalecos antibalas, y Nomex, un ignífugo. tela resistente. Al igual que el Kevlar, las moléculas de poliamida en el nuevo material están unidas entre sí por enlaces de hidrógeno a lo largo de sus cadenas, lo que mejora la resistencia general del material.
"Se pegan como velcro", dijo el autor principal Michael Strano, ingeniero químico del MIT. Desgarrar materiales requiere no solo romper cadenas moleculares individuales, sino también superar los enlaces de hidrógeno intermoleculares gigantes que impregnan todo el paquete de polímeros.
Además, los nuevos polímeros pueden formar escamas automáticamente. Esto hace que el material sea fácil de procesar, ya que puede convertirse en películas delgadas o usarse como un revestimiento superficial de película delgada. Los polímeros tradicionales tienden a crecer como cadenas lineales, o ramificarse y enlace en tres dimensiones, independientemente de la orientación. Pero los polímeros de Strano crecen de una manera única en 2D para formar nanoláminas.
“¿Puedes agregar en una hoja de papel?Resulta que, en la mayoría de los casos, no puedes hacerlo hasta que termine nuestro trabajo”, dijo Strano. “Entonces, encontramos un nuevo mecanismo”.En este trabajo reciente, su equipo superó un obstáculo para hacer posible esta agregación bidimensional.
La razón por la que las poliaramidas tienen una estructura plana es que la síntesis de polímeros involucra un mecanismo llamado plantilla autocatalítica: a medida que el polímero se alarga y se adhiere a los bloques de construcción del monómero, la red de polímeros en crecimiento induce a los monómeros posteriores a combinarse solo en la dirección correcta para fortalecer la unión de los estructura bidimensional. Los investigadores demostraron que podían recubrir fácilmente el polímero en solución sobre obleas para crear laminados de una pulgada de ancho con menos de 4 nanómetros de espesor. Eso es casi una millonésima parte del espesor del papel de oficina normal.
Para cuantificar las propiedades mecánicas del material polimérico, los investigadores midieron la fuerza necesaria para perforar agujeros en una lámina de material suspendida con una aguja fina. Esta poliamida es más rígida que los polímeros tradicionales como el nailon, el tejido que se utiliza para fabricar paracaídas. Sorprendentemente, se necesita el doble de fuerza para desenroscar esta poliamida súper fuerte que el acero del mismo grosor. Según Strano, la sustancia se puede usar como una capa protectora en superficies metálicas, como chapas de automóviles, o como un filtro para purificar el agua. En la última función, la membrana de filtro ideal debe ser delgada pero lo suficientemente fuerte como para soportar altas presiones sin filtrar contaminantes pequeños y molestos en nuestro suministro final: un ajuste perfecto para este material de poliamida.
En el futuro, Strano espera extender el método de polimerización a diferentes polímeros más allá de este análogo de Kevlar. “Los polímeros están a nuestro alrededor”, dijo. “Hacen todo”.Imagínese convertir muchos tipos diferentes de polímeros, incluso los exóticos que pueden conducir la electricidad o la luz, en películas delgadas que puedan cubrir una variedad de superficies, agrega. "Debido a este nuevo mecanismo, tal vez ahora se puedan usar otros tipos de polímeros". dijo Stano.
En un mundo rodeado de plásticos, la sociedad tiene motivos para estar entusiasmada con otro nuevo polímero cuyas propiedades mecánicas son todo menos ordinarias, dijo Strano. Esta aramida es extremadamente duradera, lo que significa que podemos reemplazar los plásticos cotidianos, desde pinturas hasta bolsas y envases de alimentos. con menos materiales y más fuertes. Strano agregó que, desde el punto de vista de la sostenibilidad, este polímero 2D súper fuerte es un paso en la dirección correcta para liberar al mundo del plástico.
Shi En Kim (como suele llamarse Kim) es una escritora científica independiente nacida en Malasia y becaria editorial de Popular Science Spring 2022. Ha escrito mucho sobre temas que van desde los usos peculiares de las telarañas (humanos o las arañas mismas) hasta los recolectores de basura. en el espacio exterior.
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Hora de publicación: 19-may-2022