Imagine una llanta que podría sanar después de ser perforada o una banda de goma que nunca se rompió.
Los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard han desarrollado un nuevo tipo de caucho que es tan resistente como el caucho natural pero que también puede curarse a sí mismo.
La investigación se publica en Materiales avanzados .
Los materiales de autocuración no son nuevos: los investigadores de SEAS han desarrollado hidrogeles de autocuración, que dependen del agua para incorporar enlaces reversibles que pueden promover la curación. Sin embargo, las propiedades de autocuración de ingeniería en materiales secos, como el caucho- ha demostrado ser más desafiante. Esto se debe a que el caucho está hecho de polímeros a menudo conectados por enlaces covalentes permanentes. Si bien estos enlaces son increíblemente fuertes, nunca se volverán a conectar una vez que se rompan.
Para hacer que una goma se pueda curar por sí misma, el equipo necesitaba hacer que los enlaces que conectan los polímeros fueran reversibles, para que los enlaces pudieran romperse y reformarse.
"La investigación previa utilizó enlaces de hidrógeno reversibles para conectar polímeros para formar un caucho, pero los enlaces reversibles son intrínsecamente más débiles que los enlaces covalentes", dijo Li-Heng Cai, investigador postdoctoral en SEAS y autor correspondiente del artículo. "Esto planteó la pregunta, ¿podemos hacer algo difícil pero aún podemos curarnos a nosotros mismos? "
Cai, junto con Jinrong Wu, profesor visitante de la Universidad de Sichuan, China, y el autor principal David A. Weitz, profesor de física y física aplicada de Mallinckrodt, desarrollaron un caucho híbrido con enlaces covalentes y reversibles.
Cai propuso en teoría el concepto de mezclar enlaces covalentes y reversibles para hacer un caucho resistente y autocurativo, pero nunca se demostró experimentalmente porque a los enlaces covalentes y reversibles no les gusta mezclar.
"Estos dos tipos de enlaces son intrínsecamente inmiscibles, como el aceite y el agua", dijo Cai.
Entonces, los investigadores desarrollaron una cuerda molecular para unir estos dos tipos de enlaces. Esta cuerda, llamada polímeros ramificados aleatoriamente, permite que dos enlaces previamente no mezclables se mezclen de manera homogénea a escala molecular. Al hacerlo, pudieron crearun caucho transparente, resistente y autorreparable.
El caucho típico tiende a agrietarse en cierto punto de tensión cuando se aplica fuerza. Cuando se estira, el caucho híbrido desarrolla las llamadas grietas en todo el material, una característica similar a las grietas pero conectadas por hilos fibrosos. Estas grietas redistribuyen la tensión, por lo que hayno hay un punto de estrés localizado que pueda causar una falla catastrófica. Cuando se libera el estrés, el material vuelve a su forma original y las locura sanan.
La Oficina de Desarrollo de Tecnología de Harvard ha presentado una solicitud de patente para la tecnología y está buscando activamente oportunidades de comercialización.
La capacidad de autocuración es atractiva para una amplia variedad de productos de caucho.
"Imagine que podríamos usar este material como uno de los componentes para hacer un neumático de goma", dijo Wu. "Si tiene un corte a través del neumático, este neumático no tendría que ser reemplazado de inmediato. En cambio, sese curaría por sí mismo mientras conduce lo suficiente como para darle margen de maniobra para evitar daños dramáticos "
"Todavía queda mucho por hacer", dijo Weitz. "Para la ciencia de los materiales, no se entiende completamente por qué este caucho híbrido exhibe manías cuando se estira. Para la ingeniería, las aplicaciones del caucho híbrido que aprovechan su excepcionalqueda por explorar la combinación de transparencia óptica, tenacidad y capacidad de autocuración. Además, el concepto de utilizar el diseño molecular para mezclar enlaces covalentes y reversibles para crear un elastómero híbrido homogéneo es bastante general y debería permitir el desarrollo de una autocuración resistentepolímeros de uso práctico "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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