Los investigadores han desarrollado un material gelatinoso que puede soportar el equivalente a un elefante parado sobre él y recuperar por completo su forma original, a pesar de que es un 80% de agua.
El material suave pero resistente, desarrollado por un equipo de la Universidad de Cambridge, se ve y se siente como una gelatina blanda, pero actúa como un vidrio ultraduro e inastillable cuando se comprime, a pesar de su alto contenido de agua.
La parte no acuosa del material es una red de polímeros que se mantienen unidos por interacciones de encendido / apagado reversibles que controlan las propiedades mecánicas del material. Esta es la primera vez que se incorpora una resistencia tan significativa a la compresión en un material blando.
La 'súper jalea' podría usarse para una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluida la robótica suave, la bioelectrónica o incluso como un reemplazo de cartílago para uso biomédico. Los resultados se informan en la revista Materiales naturales .
La forma en que se comportan los materiales, ya sean suaves o firmes, quebradizos o fuertes, depende de su estructura molecular. Los hidrogeles elásticos similares al caucho tienen muchas propiedades interesantes que los convierten en un tema de investigación popular, comocomo su dureza y capacidad de autocuración, pero hacer hidrogeles que puedan resistir la compresión sin aplastarse es un desafío.
"Para fabricar materiales con las propiedades mecánicas que queremos, utilizamos reticuladores, donde dos moléculas se unen a través de un enlace químico", dijo el Dr. Zehuan Huang del Departamento de Química de Yusuf Hamied, primer autor del estudio. "Usamosreticulantes reversibles para hacer hidrogeles suaves y elásticos, pero hacer un hidrogel duro y comprimible es difícil y diseñar un material con estas propiedades es completamente contradictorio ".
Trabajando en el laboratorio del profesor Oren Scherman, quien dirigió la investigación, el equipo usó moléculas en forma de barril llamadas cucurbiturils para hacer un hidrogel que puede resistir la compresión. El cucurbituril es la molécula reticulante que contiene dos moléculas invitadas en su cavidad:como unas esposas moleculares. Los investigadores diseñaron moléculas invitadas que prefieren permanecer dentro de la cavidad por más tiempo de lo normal, lo que mantiene la red de polímero estrechamente unida, lo que le permite resistir la compresión.
"Con un 80% de contenido de agua, uno pensaría que se rompería como un globo de agua, pero no es así: permanece intacto y soporta enormes fuerzas de compresión", dijo Scherman, Director del Laboratorio Melville de Síntesis de Polímeros de la Universidad.. "Las propiedades del hidrogel están aparentemente en desacuerdo".
"La forma en que el hidrogel puede resistir la compresión fue sorprendente, no se parecía a nada de lo que hemos visto en los hidrogeles", dijo el coautor, el Dr. Jade McCune, también del Departamento de Química. "También encontramos que la resistencia a la compresiónpodría controlarse fácilmente simplemente cambiando la estructura química de la molécula huésped dentro de las esposas ".
Para hacer sus hidrogeles de vidrio, el equipo eligió moléculas huéspedes específicas para las esposas. La alteración de la estructura molecular de las moléculas invitadas dentro de las esposas permitió que la dinámica del material se "ralentizara" considerablemente, con el rendimiento mecánico del final.hidrogel que van desde estados similares al caucho hasta similares al vidrio.
"La gente ha pasado años fabricando hidrogeles similares al caucho, pero eso es solo la mitad de la imagen", dijo Scherman. "Hemos revisado la física de polímeros tradicional y hemos creado una nueva clase de materiales que abarcan toda la gama de propiedades de los materiales del caucho-como al vidrio, completando la imagen completa. "
Los investigadores utilizaron el material para hacer un sensor de presión de hidrogel para el monitoreo en tiempo real de los movimientos humanos, incluidos estar de pie, caminar y saltar.
"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que se fabrican hidrogeles similares al vidrio. No solo estamos escribiendo algo nuevo en los libros de texto, lo cual es realmente emocionante, sino que estamos abriendo un nuevo capítulo enel área de materiales blandos de alto rendimiento ", dijo Huang.
Video de material gelatinoso : http://www.youtube.com/watch?v=mSyi9pWuTgE&t=3s
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . El texto original de esta historia tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :