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| El 2DPA-1 es un polímero 2D que se autoensambla en láminas y podría utilizarse como revestimiento ligero y duradero para piezas de automóviles o teléfonos móviles, o como material de construcción para puentes u otras estructuras. Crédito de la imagen: Christine Daniloff, MIT. |
Los ingenieros químicos del MIT han creado un nuevo material, un polímero bidimensional más fuerte que el acero y tan ligero como el plástico. El material puede autoensamblarse en láminas y fabricarse fácilmente en grandes cantidades.
Michael Strano, catedrático de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs del MIT y autor principal del nuevo estudio, declaró: "No solemos pensar en los plásticos como algo que pueda servir para sostener un edificio, pero con este material se pueden hacer cosas nuevas. Tiene propiedades muy inusuales, y eso nos entusiasma".
Décadas de trabajo en este campo sugieren que es imposible crear una lámina 2D ligera y resistente. Una de las razones es que si un solo monómero gira hacia arriba o hacia abajo, fuera del plano de la lámina en crecimiento, el material empezará a expandirse en 3D y se perderá la estructura en forma de lámina.
Los científicos de este nuevo estudio han demostrado un nuevo proceso de polimerización para crear una lámina 2D llamada poliaramida. Utilizaron un compuesto llamado melamina para los bloques de construcción del monómero. El compuesto de melamina contiene un anillo de átomos de carbono y nitrógeno.
El compuesto crece y forma discos en las condiciones adecuadas. Estos discos se apilan unos sobre otros, manteniéndose unidos por enlaces de hidrógeno entre las capas. El enlace hace que la estructura sea muy estable y robusta.
Según Strano, "en lugar de hacer una molécula parecida a un espagueti, podemos hacer un plano molecular parecido a una lámina, donde conseguimos que las moléculas se enganchen entre sí en dos dimensiones. Este mecanismo se produce espontáneamente en la solución, y después de sintetizar el material, podemos recubrir con facilidad películas finas que son extraordinariamente resistentes".
Los materiales recién creados tienen un módulo elástico cuatro y seis veces mayor que el del vidrio antibalas. Como ya se ha dicho, es más fuerte que el acero. Por otra parte, la fuerza necesaria para romper el material es el doble que la del acero.
Matthew Tirrell, decano de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, afirma que "la nueva técnica incorpora una química muy creativa para fabricar estos polímeros 2D unidos".
"Un aspecto importante de estos nuevos polímeros es que son fácilmente procesables en solución, lo que facilitará numerosas aplicaciones nuevas en las que es importante una alta relación resistencia-peso, como nuevos materiales compuestos o de barrera de difusión."
Según Strano, "esto podría permitirnos crear revestimientos ultrafinos que impidan completamente el paso del agua o los gases. Este tipo de revestimiento de barrera podría utilizarse para proteger el metal de los coches y otros vehículos, o las estructuras de acero".
Fuentes, créditos y referencias:
Zeng, Y., Gordiichuk, P., Ichihara, T. et al. Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material. Nature 602, 91–95 (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04296-3
Fuente: MIT