Los “compleximeros”, materiales que pueden moldearse como el vidrio de una ventana pero que resisten los impactos como lo hace el plástico, no deberían existir, dicen los investigadores. Sin embargo, en el laboratorio de la Universidad de Wageningen, en los Países Bajos, se conservan unos pocos gramos de una de esas sustancias.
En Nature Communications, el químico físico de Wageningen Jasper van der Gucht y su equipo describen lo que hace que los compleximantes sean tan fundibles como el vidrio pero tan difíciles de romper como el plástico. Algún día, este material paradójico podría facilitar la creación y reparación de equipos de protección resistentes, como los cascos.
El vidrio de las ventanas, llamado sílice, y la mayoría de los plásticos son materiales “vítreos”: cuando se enfrían desde su estado líquido, no se solidifican en cristales con átomos cuidadosamente ordenados como lo hace el agua cuando se congela en hielo. En cambio, forman una masa amorfa que se siente como un sólido pero que tiene átomos dispuestos aleatoriamente como un líquido.
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Durante décadas, los científicos han pensado, basándose en observaciones experimentales, que cuanto menor es la velocidad de fusión de un material vítreo, menor es el impacto que puede soportar. Tanto el vidrio de ventana que se derrite lentamente como el plástico que se derrite más rápido cumplen con esta regla: el primero cambia de estado lentamente pero se rompe fácilmente, mientras que el segundo se solidifica y se funde abruptamente pero puede resistir mejor el impacto. Pero van der Gucht y su equipo descubrieron que los complejizantes desafían completamente esta ley. El truco podría estar en la estructura del material: sus largas cadenas de moléculas, llamadas polímeros, se mantienen unidas mediante un tipo de enlace de gran alcance.
Inicialmente, los investigadores crearon compleximantes, término que acuñaron, como una alternativa fácilmente reciclable a un tipo de plástico llamado termoestable. Los termoestables están formados por cadenas de polímeros unidas estrechamente mediante enlaces químicos extremadamente difíciles de romper, lo que los hace muy estables pero difíciles de reciclar. Los investigadores agregaron moléculas cargadas, lo que hizo que las cadenas se aferraran entre sí utilizando un tipo de enlace iónico de “atracción de opuestos”, e incorporaron compuestos repelentes de agua para evitar que las cadenas se desintegraran en el agua. Las interacciones iónicas de las moléculas cargadas, que se mantienen a distancias más largas que los enlaces químicos anteriores, pueden ayudar a que los compleximantes se mantengan compactos en lugar de expandirse rápidamente para fundirse inmediatamente cuando se calientan, sugiere el equipo.
Las interacciones iónicas podrían mejorar las propiedades mecánicas de los materiales que forman el vidrio y hacer que sea más fácil trabajar con ellos, dice el ingeniero químico de la Universidad de Chicago, Matthew Tirrell, que no participó en el trabajo.
La lenta fusión también significa que los objetos a base de compleximantes son más fáciles de reparar que los hechos de termoestables; “Simplemente calentándolo con una pistola de calor, puedes reparar un rasguño o una grieta”, dice van der Gucht.
Ambos investigadores dicen que este material que desafía las reglas también podría brindar a los físicos una mejor comprensión de cómo se forma el vidrio, un fenómeno llamado transición vítrea. Encontrar estas interacciones de largo alcance que hacen que los materiales vítreos se fundan de manera diferente, dice van der Gucht, “debería ayudar a los teóricos a explicar la transición vítrea en un sentido más general”.
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