Crean un plástico transparente tan resistente como el acero

Imitando la estructura molecular de las conchas marinas, ingenieros de la Universidad de Michigan han creado un compuesto plástico tan resistente como el acero, pero más ligero y transparente.

Este nuevo material está hecho de capas de nanoláminas de arcilla y un polímero soluble en el agua que tiene las mismas propiedades que un pegamento normal y corriente. Los resultados de esta investigación han sido presentados en el último número de la revista Science.

La sustancia plástica es totalmente biodegradable, ya que su elaboración demanda muy poca energía y es totalmente ecológica.

El profesor de ingeniería Nicholas Kotov, que ha dirigido la investigación, quiso definir el compuesto como “acero plástico”, pero no es lo suficientemente elástico como para poder llamarlo de esa manera.

El invento podría aplicarse para diseñar trajes de seguridad para militares o policías, o bien para recubrir sus vehículos a modo de blindaje. Los investigadores también aseguran que podría usarse para reducir la energía requerida para separar gases en fábricas químicas o mejorar productos de la microtecnología, como microchips y sensores biomédicos.

Un problema antiguo

Lo importante de este proyecto no es únicamente que se haya desarrollado un material con unas propiedades a priori tan diferentes. Para sus creadores, la clave es que han podido resolver, en cierta manera, un problema que ha confundido a ingenieros y científicos durante décadas.

Los bloques individuales de tamaño nanométrico, como nanotubos o nanoláminas son, por sí mismos, extremadamente fuertes. Sin embargo, cuando estos bloques se unen para formar un material, éste es, comparativamente, menos fuerte. Por lo menos hasta ahora.

“Cuando intentas construir algo que puedes coger con las manos, los científicos tenemos serias dificultades para traspasar la fuerza de nanotubos o nanoláminas individuales a todo el material que estamos creando”, comenta Kotov en un comunicado de la citada Universidad.

Lo que han demostrado Kotov y su equipo de investigación es que es posible transferir esa tensión entre las nanoláminas de arcilla y el polímero que actúa como pegamento a todo el material.

Con una máquina

Para crear el plástico, los ingenieros han utilizado una máquina que ellos mismos han desarrollado. Esta máquina tiene la función de construir materiales a escala nanométrica capa a capa. La máquina robotizada consiste en un brazo mecánico que coge una pieza de cristal del tamaño de una tira de chicle sobre el que se construye el nuevo material.

El brazo sumerge el cristal en el polímero que actúa como pegamento y después en un líquido que es una dispersión de nanoláminas de arcilla. Una vez secadas esas capas, el proceso se repite hasta 300 veces. Es decir, se crean 300 capas de polímetro y nanoláminas hasta que la pieza llega a tener el grosor de un envoltorio de plástico.

Las ostras y otras conchas marinas también se forman capa a capa, de la misma manera. Y se puede decir que es uno de los materiales de base mineral más resistentes que se encuentran en la naturaleza.

Efecto velcro

El polímero que actúa como pegamento en este experimento es tan importante, según los investigadores, como el propio ensamblaje capa a capa. La estructura que forman el “nanopegamento” y las nanoláminas de arcilla permite a las capas formar uniones de hidrógeno que cooperan entre sí. A esto Kotov lo ha denominado “efecto velcro”.

El efecto velcro es debido a que si las uniones de hidrógeno se rompen, se pueden rehacer fácilmente, como ocurre con las piececitas de plástico que conformanel velcro.

Kotov ya ha comenzó a desarrollar aplicaciones prácticas para el compuesto plástico que podrían comercializarse en uno o dos años.