Descubren un material que se hace más fuerte con cada golpe

Un nuevo material elástico presenta una increíble "durabilidad adaptativa": cada vez que se cae o se golpea, su fuerza se incrementa y se vuelve más difícil de romper. Podría ser de gran utilidad en futuros dispositivos electrónicos como nuevos teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas, que están continuamente expuestos a todo tipo de golpes. Además, podría aplicarse en sensores médicos y prótesis electrónicas.

Investigadores de la Universidad de California en Merced, en Estados Unidos, presentaron en la reunión de primavera (ACS Spring 2024) de la Sociedad Química Estadounidense (ACS), un nuevo material con sorprendentes capacidades adaptativas. Se trata de una mezcla de polímeros que conforma un material conductor elástico: al golpearse, el compuesto no se rompe sino que, por el contrario, se vuelve más fuerte y resistente.

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De acuerdo a una nota de prensa, el material es suave y flexible: la capacidad de tornarse más fuerte con cada golpe le otorga una cualidad que los científicos denominaron "durabilidad adaptativa". Como es capaz de conducir electricidad, el material podría transformarse en una alternativa ideal para la próxima generación de dispositivos electrónicos portátiles o, en el campo de la salud, para prótesis electrónicas y sensores médicos personalizados.

Cada vez más fuerte

En principio, los especialistas prepararon una solución acuosa de cuatro polímeros, dos con cargas positivas y dos con cargas negativas. Después de extender una fina capa de la mezcla y secarla para formar una película, el equipo probó las propiedades mecánicas del material elástico. Descubrieron que, en lugar de romperse debido a impactos muy intensos, se deformaba o estiraba. Cuanto más rápido y fuerte era el impacto, más elástica y dura se volvía la película.

Sin embargo, el equipo liderado por la científica Yue Wang quería comprobar cómo la adición de moléculas pequeñas podía crear un material compuesto que fuera aún más resistente cuando se estiraba o dejaba caer rápidamente. Como todos los polímeros tenían cargas, el equipo eligió moléculas con cargas positivas, negativas o neutras para realizar las pruebas. A continuación, evaluaron si los aditivos modificaban las interacciones de los polímeros e impactaban sobre la durabilidad adaptativa del material.

Aplicación en dispositivos electrónicos, médicos e impresión 3D

Los resultados preliminares, que se resumen en un nuevo estudio presentado en la conferencia, muestran que las nanopartículas cargadas positivamente compuestas por 1,3-propanodiamina eran el mejor aditivo, ya que lograban incrementar en mayor medida la durabilidad adaptativa. "Agregar moléculas cargadas positivamente a nuestro material lo hizo aún más fuerte a velocidades de estiramiento más altas", indicó en el comunicado el científico Di Wu, otro de los autores del estudio y responsable de presentar la innovación en ACS Spring 2024.

En el futuro, los investigadores se centrarán en demostrar la aplicabilidad de su material conductor liviano, en el terreno de los dispositivos electrónicos portátiles o los equipos flexibles para monitorear la salud, como sensores cardiovasculares o monitores continuos de glucosa. Además, el equipo formuló una versión previa del material adaptable para impresión 3D y produjo una réplica de la mano de uno de los científicos: esto demuestra una posible aplicación a prótesis electrónicas personalizadas. Wang y sus coleas creen que la última versión del material también debería ser compatible con la impresión 3D, permitiendo crear así cualquier forma que se desee.

Referencia

Effect of additives on deformation rate-adaptive conducting polymers. Yue Wang, Di Wu et al. ACS Spring 2024.