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Enseñando trucos de memoria a un viejo polímero
Los investigadores han descubierto propiedades de memoria de forma en un polímero disponible comercialmente que se usa ampliamente para fabricar membranas de células de combustible. El polímero, Nafion, puede adoptar cuatro formas diferentes en respuesta a los cambios de temperatura; los investigadores han fabricado polímeros de triple forma antes. Podría decirse que es el polímero inteligente más versátil jamás descubierto, diceTao Xie, un científico de polímeros en el Centro de Investigación y Desarrollo de GM en Warren, MI, quien publicó sus hallazgos en la revista de esta semana Naturaleza .
Magia morphing: Los investigadores han entrenado al polímero Nafion para que adopte diferentes formas a diferentes temperaturas. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: la forma original del polímero; a 140 ºC; a 107 ºC; ya 68 ºC.
Los polímeros con memoria de forma pasan de una forma predefinida a otra en respuesta a factores desencadenantes como la temperatura, la luz o el campo magnético. La mayoría de estos materiales tienen una forma temporal y un estado permanente al que vuelven cuando se activan. Los polímeros se están desarrollando para aparatos de ortodoncia autoajustables, suturas autoajustables para cirugía laparoscópica, dispositivos médicos como endoprótesis vasculares e implantes óseos, y aviones con alas que se transforman durante el vuelo.
La versatilidad de Nafion como polímero de múltiples formas es sorprendente, ya que inicialmente no se desarrolló para este propósito, diceAndreas Lendlein, un polímero con memoria de forma pionero en el Centro de Investigación GKSS en Teltow, Alemania. Xie dice que sus hallazgos sugieren que una amplia gama de polímeros con propiedades similares podrían cambiar de forma varias veces.
Las propiedades de cambio de forma de Nafion también indican que podría adoptar más de cuatro formas. El polímero puede programarse para transformarse a temperaturas arbitrarias dentro de un amplio rango siempre que estas temperaturas estén bien separadas. Xie pudo programar tres transiciones, dando un total de cuatro formas. Te preguntas cuántos pueden recordar, dice.
Cuantas más formas pueda memorizar, más compleja será la estructura y función, dice Christoph Weder, químico de polímeros en elUniversidad de FriburgoEn Suiza. Podría, por un lado, expandir las aplicaciones actuales: alas de aviones que adoptan cuatro formas diferentes; antenas de naves espaciales que se expanden a diferentes anchos; y stents de ancho ajustable que se pueden mover de un vaso sanguíneo más ancho a uno más estrecho o que se pueden colocar en la rama de una arteria.
En 2006, Lendlein y sus colegas desarrollaron un material que puede adoptar tres formas en respuesta a los cambios de calor. La clave fue desarrollar dos tipos de polímeros con distintos puntos de fusión. El material mantuvo una forma a temperatura ambiente, cambió a una segunda forma cuando se calentó por encima de un punto de fusión y una forma final cuando se calentó a una temperatura aún más alta.
Con Nafion, dice Xie, no tenemos que hacer nada elegante. Se puede programar para contener múltiples formas porque tiene un amplio rango de temperatura, de 55 ° C a 130 ° C, donde permanece suave y gomoso y puede deformarse. La mayoría de los polímeros tienen una de estas temperaturas de transición vítrea; son gomosos por encima y frágiles por debajo.
Programar el polímero implica calentarlo a una temperatura alta dentro del rango de transición vítrea, deformarlo y luego enfriarlo a una temperatura más baja mientras se mantiene la fuerza de deformación. Después del evento [de enfriamiento], esa forma se bloquea, dice Xie. Deformar el polímero y enfriarlo nuevamente programará formas adicionales.
Xie pudo programar Nafion tres veces. El polímero asocia las tres formas temporales (larga, más larga y doblada) con las temperaturas a las que se deforma. Cuando se calienta, recorre las formas temporales, pasando de doblado a recto y luego más corto a esas temperaturas preestablecidas hasta que alcanza su forma permanente.
Ni el material ni el concepto son nuevos, dice Weder, pero este es un trabajo interesante y novedoso ya que es el primer material con memoria de cuatro formas. Xie toma una pieza de polímero que todos conocen y con la que juega y muestra un nuevo truco con este polímero, dice. En principio, no veo por qué no puede adoptar más formas.