Yue (Jessica) Wang
Los científicos están interesados en desarrollar nuevos materiales para dispositivos electrónicos portátiles livianos, flexibles y asequibles para que, algún día, la caída de nuestros teléfonos inteligentes no provoque daños irreparables. Un equipo de la Universidad de California, Merced, ha fabricado películas de polímeros conductores que en realidad se endurecen en respuesta al impacto en lugar de romperse, de manera muy similar a como mezclar almidón de maíz y agua en cantidades apropiadas produce una suspensión que es líquida cuando se agita lentamente pero se endurece cuando lo golpeas (es decir, «oobleck»). Describieron su trabajo en una charla en la reunión de esta semana de la Sociedad Química Estadounidense en Nueva Orleans.
«La electrónica basada en polímeros es muy prometedora», afirmó Di Wu, postdoctorado en ciencia de materiales en la UCM. «Queremos hacer que la electrónica de polímero sea más ligera, más barata y más inteligente. [With our] sistema, [the polymers] Puede volverse más duro y fuerte cuando haces un movimiento repentino, pero… flexible cuando simplemente haces tu movimiento diario y rutinario. No son constantemente rígidos ni constantemente flexibles. Simplemente responden al movimiento de tu cuerpo».
Como informamos anteriormente, oobleck es simple y fácil de hacer. Mezcle una parte de agua con dos partes de almidón de maíz, agregue una pizca de colorante alimentario para divertirse y obtendrá oobleck, que se comporta como líquido o sólido, dependiendo de cuánto estrés se aplique. Revuélvelo lenta y constantemente y quedará líquido. Golpéalo fuerte y se volverá más sólido bajo tu puño. Es un ejemplo clásico de fluido no newtoniano.
En un fluido ideal, la viscosidad depende en gran medida de la temperatura y la presión: el agua seguirá fluyendo independientemente de otras fuerzas que actúen sobre ella, como agitación o mezcla. En un fluido no newtoniano, la viscosidad cambia en respuesta a una deformación o fuerza cortante aplicada, superando así el límite entre el comportamiento líquido y sólido. Revolver una taza de agua produce una fuerza cortante y el agua se corta para apartarse. La viscosidad permanece sin cambios. Pero en el caso de fluidos no newtonianos como el oobleck, la viscosidad cambia cuando se aplica una fuerza cortante.
El ketchup, por ejemplo, es un fluido no newtoniano que se espesa, lo cual es una de las razones por las que golpear el fondo de la botella no hace que el ketchup salga más rápido; la aplicación de fuerza aumenta la viscosidad. El yogur, la salsa gravy, el barro y el pudín son otros ejemplos. Y también lo es oobleck. (El nombre deriva de un libro infantil del Dr. Seuss de 1949, Bartolomé y el Oobleck.) Por el contrario, la pintura que no gotea exhibe un efecto de «dilución por cizallamiento», se aplica con brocha fácilmente pero se vuelve más viscosa una vez que está en la pared. El año pasado, los científicos del MIT confirmaron que la fricción entre partículas era fundamental para esa transición de líquido a sólido, identificando un punto de inflexión cuando la fricción alcanzaba un cierto nivel y la viscosidad aumentaba abruptamente.
Wu trabaja en el laboratorio de la científica de materiales Yue (Jessica) Wang, quien decidió intentar imitar el comportamiento de espesamiento por cizallamiento del oobleck en un material polimérico. Los componentes electrónicos de polímeros flexibles generalmente se fabrican uniendo polímeros conductores conjugados, que son largos y delgados, como espaguetis. Pero estos materiales aún se romperán en respuesta a impactos particularmente grandes y/o rápidos.
Entonces, Wu y Wang decidieron combinar los polímeros tipo espagueti con moléculas de polianilina más cortas y poli(3,4-etilendioxitiofeno)poliestireno sulfonato, o PEDOT:PSS, cuatro polímeros diferentes en total. Dos de los cuatro tienen carga positiva y dos tienen carga negativa. Usaron esa mezcla para hacer películas elásticas y luego probaron las propiedades mecánicas.
He aquí que las películas se comportaron de manera muy parecida a oobleck, deformándose y estirándose en respuesta al impacto en lugar de romperse. Wang comparó la estructura con un gran plato de espaguetis y albóndigas, ya que a las moléculas cargadas positivamente no les gusta el agua y, por lo tanto, se agrupan en microestructuras en forma de bolas. Ella y Wu sugieren que esas microestructuras absorben la energía del impacto, aplanándose sin romperse. Y no hace falta mucho PEDOT:PSS para conseguir este efecto: sólo el 10 por ciento fue suficiente.
Otros experimentos identificaron un aditivo aún más eficaz: nanopartículas de 1,3-propanodiamina cargadas positivamente. Estas partículas pueden debilitar las interacciones de los polímeros en forma de «albóndigas» lo suficiente como para que puedan deformarse aún más en respuesta a los impactos, al tiempo que fortalecen las interacciones entre los largos polímeros enredados en forma de espagueti.
El siguiente paso es aplicar sus películas de polímero a dispositivos electrónicos portátiles como correas y sensores de relojes inteligentes, así como a dispositivos electrónicos flexibles para monitorear la salud. El laboratorio de Wang también ha experimentado con una nueva versión del material que sería compatible con la impresión 3D, abriendo aún más oportunidades. «Hay una serie de aplicaciones potenciales y estamos entusiasmados de ver adónde nos llevará esta nueva propiedad no convencional», dijo Wang.