A la ciencia de los materiales le gusta tomar como modelo la naturaleza y las propiedades especiales de los seres vivos que podrían potencialmente transferirse a los materiales. Un equipo de investigación dirigido por el profesor químico Andreas Walther de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz JGU ha logrado dotar a los materiales de unPropiedad bioinspirada: el nanopapel rígido, delgado como una oblea, se vuelve instantáneamente suave y elástico con solo presionar un botón. "Hemos equipado el material con un mecanismo para que la resistencia y la rigidez se puedan modular mediante un interruptor eléctrico", explicó Walther.Cuando se aplica una corriente eléctrica, el nanopapel se ablanda; cuando el flujo de corriente se detiene, recupera su fuerza. Desde una perspectiva de aplicación, esta intercambiabilidad podría ser interesante para materiales de amortiguación, por ejemplo. El trabajo, que también involucró a científicos de la Universidad deFriburgo y el Grupo de Excelencia sobre "Sistemas de materiales vivos, adaptables y autónomos en energía" liv MatS financiado por la Fundación Alemana de Investigación DFG, fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Inspiración del fondo marino: el interruptor mecánico tiene una función protectora
La inspiración basada en la naturaleza en este caso proviene de los pepinos de mar. Estas criaturas marinas tienen un mecanismo de defensa especial: cuando son atacados por depredadores en su hábitat en el fondo marino, los pepinos de mar pueden adaptarse y fortalecer su tejido para que su exterior suaveinmediatamente se pone rígido. "Este es un comportamiento mecánico adaptativo que es fundamentalmente difícil de replicar", dijo el profesor Andreas Walther. Con su trabajo ahora publicado, su equipo ha logrado imitar el principio básico en una forma modificada utilizando un material atractivo y un igualmente atractivomecanismo de conmutación.
Los científicos utilizaron nanofibrillas de celulosa extraídas y procesadas de la pared celular de los árboles. Las nanofibrillas son incluso más finas que las microfibras en papel estándar y dan como resultado un papel completamente transparente, casi parecido al vidrio. El material es rígido y fuerte, atractivo para el peso ligeroSus características son incluso comparables a las de las aleaciones de aluminio. En su trabajo, el equipo de investigación aplicó electricidad a estos nanopapeles a base de nanofibrillas de celulosa. Mediante cambios moleculares especialmente diseñados, el material se vuelve flexible como resultado. El proceso es reversibley se puede controlar mediante un interruptor de encendido / apagado.
"Esto es extraordinario. Todos los materiales que nos rodean no son muy cambiantes, no cambian fácilmente de rígidos a elásticos y viceversa. Aquí, con la ayuda de la electricidad, podemos hacerlo de una manera simple y elegante".dijo Walther. El desarrollo se está alejando de los materiales estáticos clásicos hacia materiales con propiedades que se pueden ajustar de forma adaptativa. Esto es relevante para los materiales mecánicos, que por lo tanto pueden hacerse más resistentes a la fractura, o para los materiales de amortiguación adaptativa, que podrían cambiar derígido a compatible cuando está sobrecargado, por ejemplo.
Orientación a un material con su propio almacenamiento de energía para encendido / apagado autónomo
A nivel molecular, el proceso implica calentar el material aplicando una corriente y así romper reversiblemente los puntos de reticulación. El material se ablanda en correlación con el voltaje aplicado, es decir, cuanto mayor es el voltaje, más puntos de reticulación sonse rompe y el material se vuelve más blando. La visión del profesor Andreas Walther para el futuro también comienza en el punto de suministro de energía: si bien actualmente se necesita una fuente de energía para iniciar la reacción, el próximo objetivo sería producir un material con su propio almacenamiento de energíasistema, de modo que la reacción se desencadena esencialmente "internamente" tan pronto como, por ejemplo, se produce una sobrecarga y se hace necesaria la amortiguación. "Ahora todavía tenemos que accionar el interruptor nosotros mismos, pero nuestro sueño sería que el sistema material puedapara lograr esto por sí solo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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