Nudos microscópicos hacen materiales super-resistentes

Aspecto del nuevo material anudado - CALTECH

   MADRID, 13 Mar. (EUROPA PRESS) -

   En el último avance en materiales nano y microarquitectónicos, los ingenieros de Caltech han desarrollado un nuevo material hecho de numerosos nudos a microescala interconectados.

   Los nudos hacen que el material sea mucho más resistente que otros idénticamente estructurados pero sin nudos: absorben más energía y son capaces de deformarse más sin dañarse. Estos nuevos materiales anudados pueden tener aplicaciones tanto biomédicas como aeroespaciales por su durabilidad, posible biocompatibilidad y extrema deformabilidad.

   "La capacidad de superar el equilibrio general entre la deformabilidad del material y la resistencia a la tracción [la capacidad de estirarse sin romperse] ofrece nuevas formas de diseñar dispositivos extremadamente flexibles, duraderos y capaces de funcionar en condiciones extremas", afirma en un comunicado Widianto P. Moestopo, antiguo estudiante de postgrado de Caltech que ahora trabaja en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Moestopo es el autor principal de un artículo sobre los nudos a nanoescala publicado en Science Advances.

   Moestopo ayudó a desarrollar el material en el laboratorio de Julia R. Greer, catedrática de Ciencia de los Materiales, Mecánica e Ingeniería Médica y autora principal del artículo. Greer está a la vanguardia de la creación de este tipo de materiales nanoarquitectónicos, o materiales cuya estructura está diseñada y organizada a escala nanométrica y que, en consecuencia, presentan propiedades inusuales, a menudo sorprendentes.

   "Embarcarnos en comprender cómo afectarían los nudos a la respuesta mecánica de los materiales microarquitectados fue una idea novedosa", afirma Greer. "Habíamos investigado a fondo el estudio de la deformación mecánica de muchos otros tipos de microtextiles, por ejemplo, celosías y materiales tejidos. Aventurarnos en el mundo de los nudos nos permitió profundizar en el papel de la fricción y la disipación de energía, y resultó significativo."

   Cada nudo mide unos 70 micrómetros de alto y ancho, y cada fibra tiene un radio de unos 1,7 micrómetros (aproximadamente una centésima parte del radio de un cabello humano). Aunque no se trata de los nudos más pequeños jamás fabricados (en 2017, unos químicos hicieron un nudo a partir de una hebra individual de átomos), es la primera vez que se crea un material compuesto por numerosos nudos a esta escala. Además, demuestra el valor potencial de incluir estos nudos a nanoescala en un material, por ejemplo, para suturar o atar en biomedicina.

   Los materiales anudados, creados a partir de polímeros, presentan una resistencia a la tracción muy superior a la de los materiales sin nudos pero estructuralmente idénticos, incluidos aquellos en los que las hebras individuales están entrelazadas en lugar de anudadas. En comparación con sus homólogos no anudados, los materiales anudados absorben un 92% más de energía y necesitan más del doble de tensión para romperse al tirar de ellos.

   Los nudos no se anudaron, sino que se fabricaron utilizando litografía 3D avanzada de alta resolución capaz de producir estructuras a nanoescala. Las muestras detalladas en el artículo de Science Advances contienen nudos sencillos: un nudo por encima de la mano con una torsión extra que proporciona fricción adicional para absorber energía adicional mientras se estira el material. En el futuro, el equipo planea explorar materiales construidos con nudos más complejos.