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En la Universidad de North Carolina State han creado una nueva clase de materiales llamados 'geles vítreos' que son muy duros y difíciles de romper a pesar de contener más del 50% de líquido.
Sumado al hecho de que los geles vítreos son fáciles de producir, el material -que se presenta en un artículo de la revista 'Nature' -es prometedor para una variedad de aplicaciones.
Los geles y los polímeros vítreos son clases de materiales que históricamente se han considerado distintos entre sí. Los polímeros vítreos son duros, rígidos y a menudo quebradizos. Se utilizan para fabricar cosas como botellas de agua o ventanillas de aviones. Los geles, como las lentes de contacto, contienen líquido y son suaves y elásticos.
"Hemos creado una clase de materiales que hemos denominado geles vítreos, que son tan duros como los polímeros vítreos, pero, si se aplica suficiente fuerza, pueden estirarse hasta cinco veces su longitud original, en lugar de romperse", dice Michael Dickey, profesor de Ingeniería Química y Biomolecular. "Es más, una vez estirado el material, se puede conseguir que vuelva a su forma original aplicando calor. Además, la superficie de los geles vítreos es muy adhesiva, algo poco común en materiales duros".
"Una cosa clave que distingue a los geles vítreos es que son más del 50% líquidos, lo que los convierte en conductores de electricidad más eficientes que los plásticos comunes que tienen características físicas comparables", dice Meixiang Wang, coautor principal del artículo e investigador postdoctoral.
"Teniendo en cuenta la cantidad de propiedades únicas que poseen, somos optimistas en cuanto a que estos materiales serán útiles", dice Wang.
Los geles vítreos, como su nombre indica, son efectivamente un material que combina algunas de las propiedades más atractivas tanto de los polímeros como de los geles vítreos. Para fabricarlos, los investigadores comienzan con precursores líquidos de polímeros vítreos y los mezclan con un líquido iónico. Este líquido combinado se vierte en un molde y se expone a luz ultravioleta, que "cura" el material. Luego se retira el molde, dejando atrás el gel vítreo.
"El líquido iónico es un disolvente, como el agua, pero está compuesto enteramente de iones", dice Dickey. "Normalmente, cuando se agrega un solvente a un polímero, el solvente separa las cadenas del polímero, haciendo que el polímero sea suave y estirable. Es por eso que una lente de contacto húmeda es flexible y una lente de contacto seca no lo es. En los geles vítreos, el disolvente separa las cadenas moleculares del polímero, lo que le permite estirarse como un gel. Sin embargo, los iones del disolvente son fuertemente atraídos por el polímero, lo que impide que las cadenas del polímero se muevan. La incapacidad de las cadenas para moverse es lo que lo hace vidrioso. El resultado final es que el material es duro debido a las fuerzas de atracción, pero aún es capaz de estirarse debido al espacio adicional".
Los investigadores descubrieron que los geles vítreos se pueden fabricar con una variedad de polímeros y líquidos iónicos diferentes, aunque no todas las clases de polímeros se pueden utilizar para crear geles vítreos.
"Los polímeros cargados o polares son prometedores para los geles vítreos, porque se sienten atraídos por el líquido iónico", dice Dickey.
En las pruebas, los investigadores descubrieron que los geles vítreos no se evaporan ni se secan, a pesar de que están compuestos entre un 50 y un 60 % de líquido.
"Tal vez la característica más intrigante de los geles vítreos es lo adhesivos que son", dice Dickey. "Porque si bien entendemos qué los hace duros y elásticos, sólo podemos especular sobre qué los hace tan pegajosos".
Los investigadores también creen que los geles vítreos son prometedores para aplicaciones prácticas porque son fáciles de fabricar.
"Crear geles vítreos es un proceso simple que se puede realizar curándolo en cualquier tipo de molde o imprimiéndolo en 3D", dice Dickey. "La mayoría de los plásticos con propiedades mecánicas similares requieren que los fabricantes creen un polímero como materia prima y luego lo transporten a otra instalación donde el polímero se funde y se convierte en el producto final.
"Estamos entusiasmados de ver cómo se pueden usar los geles vítreos y estamos abiertos a trabajar con colaboradores para identificar aplicaciones para estos materiales".
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