Los expertos combinan sustancias para crear materia extraña, dura y elástica

Las pantallas de teléfonos inteligentes a prueba de golpes podrían ser una aplicación de un novedoso material híbrido que fusiona múltiples propiedades incongruentes en una sola sustancia. El material posee simultáneamente la dureza y resistencia de una cerámica, la elasticidad deformable del caucho y la remodelabilidad de un plástico. "Esta combinación de propiedades en un solo material es tan única que sus usos potenciales están limitados principalmente por nuestra imaginación", dice LIU Zhaoming, profesor del Departamento de Química de la Universidad de Zhejiang, en Hangzhou, China. Liu codirigió la investigación. Tradicionalmente, los polímeros orgánicos blandos y elásticos crean materiales con propiedades elásticas y plásticas, mientras que los materiales inorgánicos tienen más probabilidades de formar cerámicas duras. Los intentos anteriores de combinar compuestos orgánicos e inorgánicos en materiales híbridos se han visto limitados por sus naturalezas químicas contrastantes, explica Liu. Los compuestos inorgánicos normalmente se mantienen unidos mediante enlaces iónicos, que rara vez existen en formas moleculares puras. En cambio, tienden a formar cristales sólidos o a disociarse en una solución de iones libres en agua. Piense en cloruro de sodio o sal de mesa. Los compuestos orgánicos, por el contrario, normalmente se mantienen unidos mediante enlaces covalentes y existen fácilmente en formas moleculares. Esa diferencia hace que sea difícil combinar compuestos orgánicos e inorgánicos a escala molecular. En 20191, Liu y sus colegas de la Universidad de Zhejiang, incluido el profesor TANG Ruikang, encontraron una posible solución a este problema. "Descubrimos que podíamos utilizar pequeñas moléculas orgánicas como 'agentes de protección' para estabilizar el carbonato de calcio, un compuesto iónico inorgánico, en forma molecular", dice. En su último trabajo, el equipo utilizó este enfoque para crear un nuevo híbrido orgánico-inorgánico. molécula2, utilizando una reacción ácido-base para conectar los oligómeros de carbonato de calcio a una molécula orgánica, el ácido tióctico. Cuando estas moléculas se procesaron bajo presión a 120°C, las partes orgánicas e inorgánicas de la molécula reaccionaron con las moléculas vecinas, entrecruzándose para formar un sólido con regiones orgánicas e inorgánicas altamente integradas. Las notables propiedades del material híbrido no fueron inmediatamente obvias. dice Liu. "La primera vez que fabricamos este material, pensamos que era como un plástico duro", dice. Las sorpresas comenzaron cuando presionaron una punta afilada en el material utilizando una técnica llamada nanoindentación, utilizada para investigar las propiedades mecánicas de materiales sólidos a nanoescala. "El material híbrido era muy duro, como la cerámica", dice Liu. "Pero cuando hicimos una sangría y luego retrajimos la punta, el material retrocedió, recuperando su forma como la goma". La dureza y la elasticidad no fueron las únicas propiedades paradójicas del material híbrido. El equipo descubrió que bajo alta temperatura y presión, se podía remodelar, lo que significa que se podía reciclar para un nuevo uso. "Llamamos al material 'elástico-cerámico-plástico' porque combina las tres características", dice Liu. Cuando se trata de aplicaciones de este material en el mundo real, Liu dice que una posibilidad es la pantalla de un teléfono inteligente que sea dura y fuerte, pero no quebradiza. "Con su combinación de dureza y resistencia a las fracturas, también podría usarse para implantes óseos u otros materiales médicos", sugiere. El plástico elástico-cerámico podría ser sólo el primero de una familia completamente nueva de materiales, añade Liu. “La innovación fundamental de este trabajo es que fusionamos la química orgánica e inorgánica a escala molecular”, afirma. "Con este método, podríamos crear muchas moléculas híbridas, quizás combinando otras propiedades paradójicas".