Un nuevo estudio publicado en Avances científicos descubrió que ciertos tipos de materiales tienen una "memoria" de cómo fueron procesados, almacenados y manipulados. Los investigadores pudieron usar esta memoria para controlar cómo envejece un material y codificar propiedades específicas que le permiten realizar nuevas funcionesEste enfoque creativo para diseñar materiales fue el resultado de una colaboración entre Andrea Liu de Penn y Sidney R. Nagel, Nidhi Pashine y Daniel Hexner de la Universidad de Chicago.
Liu y Nagel han trabajado juntos durante muchos años en la física de los sistemas desordenados. A diferencia de los sistemas ordenados, que tienen patrones sistemáticos y repetitivos, los sistemas desordenados están dispuestos al azar. Un ejemplo ilustrativo es una pared natural hecha de tierra compactada,donde los granos individuales no están bien apilados, sino que se agrupan para formar una estructura rígida. Los investigadores están interesados en estos sistemas porque su aleatoriedad les permite transformarse fácilmente en nuevos metamateriales mecánicos con propiedades mecánicas únicas.
Una propiedad importante que los científicos de materiales desearían controlar es cómo responde un material cuando se aplica una fuerza externa. Cuando la mayoría de los materiales se estiran en una dirección, se encogen perpendicularmente, y cuando se comprimen se expanden perpendicularmente, como una banda de goma -cuando se estira se adelgaza y cuando se comprime se vuelve más grueso.
Los materiales que hacen lo contrario, los que se encogen perpendicularmente cuando se comprimen y se vuelven más gruesos cuando se estiran, se conocen como auxéticos. Estos materiales son raros pero se sospecha que son mejores para absorber energía y son más resistentes a las fracturas. Los investigadores están interesados en crearMateriales auxéticos para ayudar a mejorar la función de los materiales que, entre otras cosas, podrían absorber los golpes.
En este estudio, los investigadores querían ver si podían usar la "memoria" de un material desordenado de las tensiones anteriores que había encontrado para transformar el material en algo nuevo. Primero, realizaron simulaciones por computadora de materiales normales bajo presión y alteraron selectivamenteenlaces atómicos para ver qué cambios podrían hacer que el material sea auxético. Descubrieron que, al cortar los enlaces a lo largo de las áreas con la mayor tensión externa, podían crear digitalmente un material auxético.
Utilizando esta información, el equipo tomó un material similar a la espuma de poliestireno y agregó "memoria" al permitir que el material envejezca bajo tensiones específicas. Para hacer que el material sea auxético, aplicaron una presión constante sobre el material y lo dejaron envejecer naturalmente ".Con todo bajo presión, se ajustó. Se convirtió de un material normal en un metamaterial mecánico ", dice Liu.
Este proceso increíblemente simple y efectivo es un paso más hacia un "santo grial" de la ciencia de los materiales para poder crear materiales con estructuras específicas a nivel atómico sin la necesidad de equipos de alta resolución o modificaciones a nivel atómico. El enfoque descrito enen cambio, este documento solo requiere un poco de paciencia mientras el sistema gana "memoria" y luego envejece naturalmente.
Liu dice que es una forma "totalmente diferente" de pensar en hacer nuevos materiales. "Empiezas con un sistema desordenado, y si aplicas el estrés correcto puedes lograr que salga con las propiedades que deseas", dice..
Este trabajo también tiene una fuerte conexión con las estructuras en biología. Los órganos, las enzimas y las redes de filamentos son ejemplos naturales de sistemas desordenados que son difíciles de emular sintéticamente debido a su complejidad. Ahora, los investigadores podrían usar este enfoque más simple como punto de partidapara crear estructuras complejas hechas por el hombre que se inspiren en la amplia gama de propiedades que se ven en biología.
Nagel es optimista sobre el futuro. "Además de fabricar materiales auxéticos", dice, "también hemos utilizado una computadora para diseñar un control mecánico preciso de partes distantes del material mediante la aplicación de tensiones locales. Esto también está inspirado poractividad biológica. Ahora tenemos que ver si esto también puede hacerse funcionar envejeciendo un material real en el laboratorio ".
"Las posibilidades en esta etapa parecen ilimitadas", dice Nagel. "Solo mediante un mayor trabajo teórico y experimentación comenzaremos a comprender cuáles son los límites de este nuevo concepto de diseño de materiales".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Original escrito por Erica K. Brockmeier. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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