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Cristales inteligentes
Investigadores en Japón han descubierto cristales orgánicos que cambian de forma cuando se iluminan con luz ultravioleta y luego vuelven a su forma original bajo luz visible. En un 11 de abril Naturaleza papel, muestran que los cristales pueden ir y venir entre las dos formas diferentes hasta 100 veces antes de agrietarse. Los cristales podrían dar lugar a pequeñas máquinas que funcionan con luz, similares a los sistemas microelectromecánicos actuales que se utilizan en chips de microfluidos y sistemas de comunicaciones ópticas, que funcionan con electricidad.
Nano potencia: Un fino bigote de cristal se dobla cuando se expone a la luz ultravioleta, empujando una partícula de oro (vista como una mancha negra) 90 veces su peso 30 micrómetros. Hacer brillar la luz visible sobre el cristal lo endereza.
Los investigadores, dirigidos por Masahiro Irie , profesor de química en la Universidad de Kyushu, en Fukuoka, ilumina alternativamente luz ultravioleta y visible sobre un cristal rectangular para que se contraiga y luego vuelva a su longitud original. También han creado un cristal en forma de varilla que pudieron doblar y luego enderezar hasta 80 veces. Cuando se dobla, la varilla puede empujar una micropartícula de oro, que es 90 veces más pesada que el cristal, a una distancia de 30 micrómetros.
Anteriormente, Irie inventó un tipo de molécula orgánica que cambia de color en respuesta a la luz; lo describió por primera vez a mediados de la década de 1980. Mientras estudiaba los monocristales de estas moléculas, su equipo de investigación descubrió que los cristales también cambian de forma. Estábamos [muy] emocionados de ver el cambio de forma fotoinducido por primera vez, dice Irie.
Se sabe que ciertos polímeros y vidrios cambian de forma cuando se exponen a la luz. Pero esta es la primera vez que los investigadores ven el efecto en los cristales, dice Tomiki Ikeda , profesor de química de polímeros en el Instituto de Tecnología de Tokio. Su estructura regular podría hacer que los cristales que cambian de forma sean útiles en diversas aplicaciones. Esto significa que se puede inducir un cambio de forma preciso, dice Ikeda. Cada vez, tendrá el mismo cambio de forma al exponerse a la misma luz con la misma intensidad ... lo cual es muy importante para el control preciso del trabajo mecánico en dispositivos del tamaño de un micrómetro.
Por ejemplo, los cristales podrían incorporarse en chips de microfluidos para empujar pequeños volúmenes de líquido a través de canales estrechos; Los fluidos se mueven actualmente con voltaje o presión de bombas externas. Es mucho mejor si pudiera hacerlo con luz en lugar de conectar electrodos o aplicar calor, algo que quizás interferiría con el proceso que está tratando de controlar, dice Mark Warner , físico teórico de la Universidad de Cambridge que estudia materiales que cambian de forma.
Los cristales que cambian de forma también podrían usarse en conmutadores de próxima generación en sistemas de comunicación de fibra óptica. En estos sistemas, los paquetes de datos que viajan de un punto a otro pasan por múltiples hubs donde se cambian a la ruta correcta. Actualmente, los pulsos de luz se convierten en señales eléctricas para conmutar, pero los interruptores rápidos de próxima generación podrían usar espejos microscópicos para reflejar la luz de una fibra óptica a otra. Los cristales podrían usarse para mover los espejos.
Los cristales que cambian de forma tienen algunas otras ventajas sobre los polímeros y vidrios para su uso en aplicaciones micromecánicas porque responden a la luz con relativa rapidez y con cambios significativos. Muestran un efecto mucho más dramático que el disponible en otros materiales, dice J. Michael McBride , profesor de química orgánica en la Universidad de Yale, en New Haven, CT. Los cristales responden a la luz más rápido que los polímeros, transformándose en 25 microsegundos, mientras que los polímeros tardan unos segundos. Y sufren más deformaciones que las gafas. El cristal rectangular, por ejemplo, se contrae entre un 5 y un 7 por ciento de su longitud, mientras que las moléculas vítreas cambian aproximadamente un 2 por ciento. Pero Warner señala que, aunque los polímeros responden más lentamente, ciertos polímeros gomosos muestran una deformación superior al 100 por ciento, por lo que podrían ser más útiles. Depende de la aplicación que tengas en mente.
Irie dice que su equipo de investigación ahora está tratando de preparar varios tipos de cristales que podrían manejar cambios de forma muchas más de 100 veces sin agrietarse. El equipo también está diseñando nuevos compuestos que muestran diferentes tipos de cambios de forma, como pasar de una forma de barra a una forma de placa.