Nueva técnica para producir materiales con partículas diminutas
Investigadores de TU Delft (Países Bajos) han encontrado una nueva forma de producir materiales sintéticos a partir de diminutas partículas de vidrio, los llamados coloides.
Junto con sus colegas de la Queen's University (Canadá) y la Universidad de Amsterdam, han demostrado que pueden utilizar simplemente la forma de estos coloides para crear interesantes bloques de construcción de nuevos materiales, independientemente de otras propiedades de las partículas coloidales. Publican resultados en Science Advances.
La investigadora principal, Laura Rossi, destaca que "esto es sorprendente, porque abre una forma completamente nueva de pensar en el diseño de materiales".
Los coloides son partículas diminutas, de unos pocos nanómetros a unas pocas micras de tamaño. Están formados por un conjunto de moléculas y pueden tener diferentes propiedades según el material del que estén hechos.
"En determinadas circunstancias, los coloides pueden comportarse como átomos y moléculas, pero sus interacciones son menos fuertes --explica Rossi--. Eso los convierte en prometedores bloques de construcción para nuevos materiales, por ejemplo para materiales interactivos que puedan adaptar sus propiedades a su entorno".
Si se dejan solos, los coloides con forma de cubo de este estudio, que están hechos de vidrio, se ensamblan a sí mismos en estructuras simples como entramados cúbicos y hexagonales distorsionados. Pero en lugar de pasar inmediatamente del bloque de construcción a la estructura final, los investigadores tomaron pequeños grupos de coloides y los combinaron en bloques de construcción más grandes.
Cuando ensamblaron estos grupos de coloides, terminaron con una estructura final diferente, con propiedades materiales distintas a las de la estructura autoensamblada.
"Desde el punto de vista de la química, siempre nos centramos en cómo podemos producir un determinado tipo de coloide --apunta Rossi--. En este estudio, hemos cambiado nuestro enfoque a: ¿cómo podemos utilizar los coloides que ya están disponibles para hacer bloques de construcción interesantes?".
Según Rossi y su colaborador Greg van Anders, uno de los objetivos últimos de su comunidad de investigadores es diseñar estructuras coloidales complejas a la carta.
"Lo que hemos encontrado aquí es muy importante, porque para las posibles aplicaciones, necesitamos tener procedimientos que se puedan ampliar, lo cual es algo que será difícil de conseguir con la mayoría de los enfoques disponibles actualmente", asegura Van Anders.
"La capacidad básica de preensamblar piezas idénticas a partir de diferentes bloques de construcción y hacer que formen la misma estructura, o de tomar el mismo bloque de construcción y preensamblar diferentes piezas que formen estructuras diferentes, son realmente las 'jugadas de ajedrez' básicas para la ingeniería de estructuras complejas", añade.
Aunque Rossi estudia los aspectos fundamentales más que la aplicación del diseño de materiales, puede prever eventuales aplicaciones para este trabajo específico. "Descubrimos que la densidad de la estructura que preparamos era mucho menor que la que se obtendría utilizando los bloques de construcción iniciales --señala--. Así que se puede pensar en materiales fuertes pero ligeros para el transporte".
Después de que el equipo de Rossi construyera racimos de coloides en el laboratorio, se apoyó en el equipo de Greg van Anders, de la Queen's University, para construir la estructura final a partir de los racimos preensamblados con una simulación por ordenador.
"En este tipo de proyectos, es estupendo poder asociarse con otras personas que puedan realizar simulaciones, no sólo para entender lo que ocurre en profundidad, sino también para comprobar las posibilidades de éxito de un experimento de laboratorio --explica Rossi--. Y en este caso, obtuvimos resultados muy convincentes de que estábamos entendiendo bien el proceso de diseño y de que el material resultante puede ser útil".
El siguiente paso será construir realmente la estructura final hecha con los grupos de coloides en el laboratorio. "Después de ver estos resultados, estoy segura de que se puede hacer --subraya Rossi--. Sería estupendo tener una versión física de este material y sostenerla en la mano".
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