Un equipo de químicos e ingenieros de polímeros de la Universidad Carnegie Mellon ha desarrollado una nueva metodología que puede usarse para crear una clase de compuestos de polímeros elásticos con propiedades eléctricas y térmicas mejoradas. Estos materiales son candidatos prometedores para su uso en robótica suave,electrónica de curación y dispositivos médicos. Los resultados se publican en la edición del 20 de mayo de Nanotecnología de la naturaleza .
En el estudio, los investigadores combinaron su experiencia en ciencia e ingeniería fundamental para diseñar un método que incorpore de manera uniforme el eutéctico galio indio EGaIn, una aleación de metal que es líquida a temperatura ambiente, en un elastómero. Esto creó un nuevo material:- un compuesto altamente estirable, suave y multifuncional que tiene un alto nivel de estabilidad térmica y conductividad eléctrica.
Carmel Majidi, profesor de Ingeniería Mecánica en Carnegie Mellon y director del Soft Machines Lab, ha llevado a cabo una amplia investigación para desarrollar nuevos materiales blandos que puedan usarse para aplicaciones biomédicas y de otro tipo. Como parte de esta investigación, desarrolló cauchomateriales compuestos sembrados con gotas nanoscópicas de metal líquido. Los materiales parecían prometedores, pero la técnica de mezcla mecánica que utilizó para combinar los componentes produjo materiales con composiciones inconsistentes y, como resultado, propiedades inconsistentes.
Para superar este problema, Majidi recurrió al químico de polímeros Carnegie Mellon y al Profesor de Ciencias Naturales de la Universidad JC Warner Krzysztof Matyjaszewski, quien desarrolló la polimerización por radicales de transferencia de átomos ATRP en 1994. ATRP, el primer y más robusto método de polimerización controlada, permitecientíficos para unir monómeros pieza por pieza, lo que da como resultado polímeros altamente personalizados con propiedades específicas.
"Los nuevos materiales solo son efectivos si son confiables. Debe saber que su material funcionará de la misma manera cada vez antes de que pueda convertirse en un producto comercial", dijo Matyjaszewski. "ATRP ha demostrado ser una herramienta poderosapara crear nuevos materiales que tengan estructuras consistentes, confiables y propiedades únicas "
Majidi, Matyjaszewski y el Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales Michael R. Bockstaller usaron ATRP para unir los cepillos de monómero a la superficie de las nanodropletas EGaIn. Los cepillos pudieron unirse, formando fuertes enlaces con las gotas. Como resultado, el metal líquidouniformemente disperso por todo el elastómero, lo que resulta en un material con alta elasticidad y alta conductividad térmica.
Matyjaszewski también notó que después del injerto de polímero, la temperatura de cristalización de eGaIn se suprimió de 15 ° C a -80 ° C, extendiendo la fase líquida de la gota ¬ y, por lo tanto, sus propiedades líquidas, a temperaturas muy bajas.
"Ahora podemos suspender el metal líquido en prácticamente cualquier polímero o copolímero para adaptar sus propiedades materiales y mejorar su rendimiento", dijo Majidi. "Esto no se había hecho antes. Abre la puerta al descubrimiento de materiales futuros".
Los investigadores prevén que este proceso podría usarse para combinar diferentes polímeros con metal líquido, y al controlar la concentración de metal líquido, pueden controlar las propiedades de los materiales que están creando. El número de combinaciones posibles es enorme, pero elLos investigadores creen que con la ayuda de la inteligencia artificial, su enfoque podría usarse para diseñar compuestos de elastómero "hechos a la medida" que tengan propiedades personalizadas. El resultado será una nueva clase de materiales que se pueden usar en una variedad de aplicaciones,incluyendo robótica suave, piel artificial y dispositivos médicos biocompatibles.
Los autores adicionales del estudio incluyen a Jiajun Yan de Carnegie Mellon, Mohammad H. Malakooti, Zhao Lu, Zongyu Wang, Navid Kazem y Chengfeng Pan.
La investigación fue financiada por la National Science Foundation 1501324, 1709344, 1663305 y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Carnegie Mellon . Original escrito por Jocelyn Duffy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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