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Plástico que se cura solo
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC) han creado un material polimérico que puede curarse a sí mismo repetidamente cuando se agrieta. Es un avance significativo hacia los implantes médicos autorreparables y los materiales autorreparables para su uso en aviones y naves espaciales. También podría usarse para enfriar microprocesadores y circuitos electrónicos, y podría allanar el camino hacia recubrimientos plásticos que se regeneran por sí mismos.
Autocurador: Siguiendo el modelo de la piel humana, un nuevo material que se cura a sí mismo varias veces está compuesto por dos capas. El recubrimiento de polímero en la parte superior contiene pequeñas piezas de catalizador esparcidas por todas partes. El sustrato contiene una red de microcanales que transportan un agente curativo líquido. Cuando el revestimiento se agrieta, las grietas se extienden hacia abajo y alcanzan los canales subyacentes, que rezuman el agente curativo. El agente se mezcla con el catalizador y forma un polímero que rellena las grietas.
El primer material autocurativo fue informado por los investigadores de la UIUC hace seis años, y otros grupos de investigación han creado diferentes versiones de dichos materiales desde entonces, incluidos polímeros que se reparan repetidamente cuando se someten a calor o presión. Pero esta es la primera vez que alguien fabrica un material que se puede reparar a sí mismo varias veces sin ninguna intervención externa, dice Nancy Sottos , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en la UIUC y uno de los investigadores que dirigió el trabajo.
Es esencialmente como darle vida a un plástico, dice Chris Bielawski , profesor de química en la Universidad de Texas en Austin. El objetivo final sería crear materiales que se arreglen solos, dice, y esta es una prueba de concepto asombrosa.
Sottos y sus colegas han diseñado el nuevo material, informado en la publicación de esta semana. Materiales de la naturaleza , para imitar la piel humana. Si se corta la capa protectora externa de la piel, la capa interna, que está impregnada de una densa red de pequeños vasos sanguíneos, lleva nutrientes al corte para ayudar con la cicatrización. El material autorreparable consiste en una capa de polímero epoxi depositada sobre un sustrato que contiene una red tridimensional de microcanales. El recubrimiento epóxico contiene pequeñas partículas de catalizador, mientras que los canales del sustrato están llenos de un agente curativo líquido.
Para probar el material, los investigadores lo doblan y rompen el recubrimiento de polímero. La grieta se propaga a través del revestimiento y llega al microcanal subyacente. Esto hace que el agente curativo pase a través de los canales y entre en la grieta, dice Sottos. Allí, entra en contacto con el catalizador y, en unas 10 horas, se convierte en un polímero y rellena la grieta. El sistema no necesita ninguna presión externa para empujar el agente curativo hacia la grieta. En cambio, el líquido se mueve a través de los canales estrechos al igual que el agua sube por una pajita.
Los investigadores pueden agrietar y volver a curar la superficie hasta siete veces antes de que el catalizador se desgaste y deje de funcionar. La próxima generación del material autocurativo debería poder curarse a sí misma muchas más veces, según los investigadores. Sottos y sus colegas lo están diseñando para que tenga un sistema de dos partes que inyecta un agente curativo y un catalizador en la grieta.
Los investigadores también podrían aumentar la capacidad de recuperación del material conectando la red de microcanales a un pequeño depósito, dice Sottos. Si el material se queda sin agente curativo o catalizador, el depósito podría bombear más.
El diseño del microcanal del material podría ser una solución al creciente problema de la acumulación de calor en los chips microelectrónicos. Normalmente, los chips de circuitos microelectrónicos se colocan sobre sustratos que están diseñados para conducir el calor fuera del circuito. Estos reguladores de calor tienen sus límites. En cambio, dice Sottos, se podría poner un fluido refrigerante a través de una red [de microcanales] como un pequeño mini intercambiador de calor.
Sottos dice que los investigadores podrían usar el mismo diseño con otras combinaciones de resina y catalizador que pueden formar diferentes polímeros. Esto abre la puerta a muchas otras aplicaciones. Si bien los materiales de autocuración prácticos pueden tardar años, es fácil imaginar sus aplicaciones en prótesis e implantes médicos fabricados con materiales de autocuración biocompatibles. El costo de los materiales podría mantenerlos limitados, al menos inicialmente, a ciertas aplicaciones de alto valor y alto rendimiento, como el uso en aeronaves y naves espaciales, dice. Ian Bond , profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Bristol, Reino Unido.
En el futuro, diferentes químicas podrían conducir a materiales autocurativos más baratos, según Bielawski. Podrías usar epoxis baratos ... que puedes comprar en Home Depot ... como agente curativo, dice.