Los sensores y dispositivos electrónicos portátiles algún día podrían fabricarse a partir de un material que se endurezca cuando se golpea o se estira, gracias a una nueva investigación realizada por un equipo de la Universidad de California en Merced.
Esta «durabilidad adaptativa», como se la conoce, es una característica importante en términos de ciencia de los materiales. Significa protección contra daños y resistencia al estrés, incluso en entornos hostiles.
El nuevo material en realidad se inspiró en el maicena utilizado en la cocina, que se puede remover cuando se agrega agua. A diferencia de la arena húmeda, que tiene una viscosidad constante ya sea mezclada o perforada, suspensión de maicena Actúa como un líquido cuando se agita suavemente y como un sólido cuando se golpea rápidamente.
Cuando aplastas la maicena lentamente, las pequeñas partículas se repelen entre sí, haciéndolas actuar como un fluido. Pero si golpeas la superficie rápidamente, se tocan, provocando fricción y actuando como un sólido. Esta diferencia de comportamiento se debe al tamaño de las partículas.
Los investigadores querían ver si podían obtener los mismos resultados de un material polimérico.
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Para lograr esto, el equipo comenzó con polímeros conjugados: polímeros con propiedades especiales que ayudan a los materiales a conducir la electricidad mientras se mantienen relativamente suaves y flexibles. Estos materiales pueden estar formados por todo tipo de combinaciones de moléculas.
En este caso, incorporaron largas moléculas de poli(ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico)corto polianilina moléculas y un conductor altamente eficiente – Poli(3,4-etilendioxitiofeno)sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS). No se preocupe si esos nombres no le resultan familiares; todo lo que realmente necesita saber es que la combinación creó una película que se deformaba o estiraba cuando era golpeada por impactos rápidos.
Cuanto más rápidos eran los impactos, más duro se volvía el material. Añadiendo un 10 por ciento más PEDOT:PSS Luego mejoró tanto la durabilidad adaptativa como la conductividad del material.
Según los investigadores, su elección de dos polímeros cargados positivamente y dos polímeros cargados negativamente crea un material con estructuras súper pequeñas como albóndigas en miniatura, en un plato de espagueti enredado. Estas ‘albóndigas’ absorben el impacto de los impactos, sin romperse por completo, manteniendo el material y su conductividad en su lugar.
Experimentos adicionales sugieren que la adición de nanopartículas de 1,3-propanodiamina cargadas positivamente mejora aún más la dureza, debilitando ligeramente las «albóndigas» (para que el material pueda recibir golpes más fuertes) mientras fortalece los «hilos de espagueti» que las rodean (manteniendo la integridad de la material).
Todo esto es bastante complejo y técnico, pero debería haber aplicaciones para el material fuera del laboratorio, si se puede fabricar a escala. Correas de reloj inteligente, sensores portátiles y monitores de salud, para salud cardiovascular o niveles de glucosapor ejemplo – son todos ejemplos presentados por el equipo de investigación.
Personalizado prótesis electrónicas son otro caso de uso potencial y algo con lo que los investigadores ya han experimentado. Con el tiempo, se podrían imprimir extremidades artificiales en 3D a partir de este material versátil.
Es otro recordatorio del potencial de los nuevos materiales. por descubrir y materiales existentes para ser refinados, y cómo podrían cambiar nuestro futuro, desde los dispositivos que usamos hasta la ropa que usamos.
«Existe una serie de aplicaciones potenciales y estamos entusiasmados de ver adónde nos llevará esta nueva propiedad no convencional». dice el científico de materiales Yue Wang.
La investigación ha sido presentado en la reunión de primavera de 2024 de la Sociedad Química Estadounidense.
