Los investigadores han desarrollado una nueva clase de materiales llamados “geles vítreos” que, a pesar de ser más del 50 por ciento líquidos, son muy resistentes y difíciles de romper. Además del hecho de que los geles vítreos son fáciles de preparar, el material promete una amplia variedad de aplicaciones.
Los polímeros en gel y vítreos son clases de materiales que históricamente se han considerado separados. Los polímeros vítreos son duros, rígidos y a menudo quebradizos. Se utilizan para fabricar cosas como botellas de agua o ventanillas de aviones. Los geles, como las lentes de contacto, contienen líquido y son suaves y elásticos.
“Hemos creado una clase de materiales que hemos llamado geles vítreos, que son tan rígidos como los polímeros vítreos, pero, si se aplica suficiente fuerza, se estiran hasta su longitud original en lugar de romperse. Pueden crecer hasta cinco veces”. dice Michael Dickey, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor Camille y Henry Dreyfus de Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Es más, una vez que el material se estira, se puede aplicar calor para devolverlo a su forma original. Además, la superficie de los geles vítreos tiene una superficie muy pegajosa, lo cual no es práctico para materiales duros. Es menor”.
“Una cosa importante que distingue a los geles vítreos es que son más del 50% líquidos, lo que los convierte en conductores de electricidad más eficientes que los plásticos comunes con propiedades físicas comparables”, dice Meixiang Wang, coautor principal del artículo e investigador postdoctoral. en el estado de Carolina del Norte.
“Teniendo en cuenta el número de propiedades únicas que poseen, somos optimistas en cuanto a que estos materiales resultarán útiles”, afirma Wang.
Los geles vítreos, como su nombre indica, son efectivamente un material que combina algunas de las propiedades más atractivas tanto de los polímeros como de los geles vítreos. Para hacerlos, los investigadores comienzan con precursores líquidos de polímeros vítreos y los mezclan con un líquido iónico. Este líquido combinado se vierte en un molde y se expone a luz ultravioleta, que “cura” el material. Luego se retira el molde, dejando atrás el gel vítreo.
“Un líquido iónico es un disolvente, como el agua, pero está formado enteramente por iones”, dice Dickey. “Normalmente, cuando se agrega un solvente a un polímero, el solvente separa las cadenas del polímero, lo que hace que el polímero sea más suave y elástico. Es por eso que una lente de contacto húmeda es flexible y una lente de contacto seca no lo es. En los geles vítreos, el solvente empuja las cadenas moleculares del polímero, lo que le permite estirarse como un gel; sin embargo, los iones del disolvente son atraídos por el polímero, lo que impide que las cadenas del polímero se muevan. El resultado vítreo es que el material es más rígido debido a las fuerzas de atracción, pero todavía extensible debido a la discontinuidad adicional.”
Los investigadores descubrieron que los geles de vidrio se pueden fabricar con una variedad de polímeros y líquidos iónicos diferentes, aunque no todas las clases de polímeros se pueden utilizar para fabricar geles de vidrio.
“Los polímeros cargados o polares son prometedores para los geles vítreos, porque se sienten atraídos por los líquidos iónicos”, dice Dickey.
En las pruebas, los investigadores descubrieron que los geles vítreos no se evaporaban ni se secaban, a pesar de que contenían entre un 50 y un 60 % de líquido.
“Quizás la característica más interesante de los geles vítreos es lo pegajosos que son”, dice Dickey. “Porque si bien entendemos qué los hace duros y elásticos, sólo podemos especular sobre qué los hace tan pegajosos”.
Los investigadores también creen que los geles vítreos son prometedores para aplicaciones prácticas porque son fáciles de fabricar.
“Hacer un gel vítreo es un proceso simple que se puede realizar curándolo en cualquier tipo de molde o mediante impresión 3D”, dice Dickey. “La mayoría de los fabricantes de plásticos con propiedades mecánicas similares necesitan fabricar el polímero como materia prima y luego transportarlo a otra instalación donde el polímero se funde y se transforma en el producto final.
“Estamos entusiasmados de ver cómo se pueden utilizar los geles vítreos y esperamos trabajar con colaboradores para identificar aplicaciones para estos materiales”.
El artículo, “Glassy Gels Funded by Solvents”, se publicará el 19 de junio en la revista. La naturaleza. El coautor principal del artículo es Xun Xiao de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Este artículo fue coautor de Salma Siddiqa, Ph.D. estudiante de NC State; Mohammad Shamsi, ex Ph.D. estudiante de NC State; Ethan Frey, ex estudiante de NC State; Brandon O’Connor, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State; Wubinbai, profesora de ciencias físicas aplicadas de la UNC; y Wayne Qian, profesor asociado de investigación de ingeniería mecánica y de materiales en la Universidad de Nebraska-Lincoln.
Este trabajo fue financiado en parte por fondos del Instituto de Estudios Costeros.
