Un tipo de metamaterial diseñado recientemente desarrollado tiene la capacidad de cambiar de forma de manera ajustable.

Si bien la mayoría de los materiales reconfigurables pueden alternar entre dos estados distintos, la forma en que un interruptor se enciende o apaga, la forma del nuevo material se puede ajustar con precisión, ajustando sus propiedades físicas como se desee. El material, que tiene aplicaciones potenciales en almacenamiento de energía de próxima generación y microdispositivos bioimplantables, fue desarrollado por un equipo conjunto de Caltech-Georgia Tech-ETH Zurich en el laboratorio de Julia R. Greer.

Greer, el profesor Ruben F. y Donna Mettler de Ciencia de los Materiales, Ingeniería Mecánica e Médica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, crea materiales a partir de bloques de construcción a micro y nanoescala que se organizan en arquitecturas sofisticadas que pueden ser periódicas, como una celosía, o no periódica de forma personalizada, dándoles propiedades físicas inusuales.

La mayoría de los materiales que están diseñados para cambiar de forma requieren un estímulo externo persistente para cambiar de una forma a otra y permanecer así:por ejemplo, pueden tener una forma cuando están mojadas y una forma diferente cuando están secas, como una esponja que se hincha al absorber agua.

Por el contrario, el nuevo nanomaterial se deforma a través de una reacción de aleación de silicio-litio impulsada electroquímicamente, lo que significa que se puede controlar con precisión para lograr cualquier estado "intermedio", permanecer en estas configuraciones incluso después de la eliminación del estímulo, y ser fácilmente revertido. Aplique un poco de corriente, y una reacción química resultante cambia la forma mediante un control, pequeño grado. Aplicar mucha corriente, y la forma cambia sustancialmente. Retire el control eléctrico, y la configuración se conserva, como atar un globo. La revista publicó en línea una descripción del nuevo tipo de material. Naturaleza el 11 de septiembre.

Existen defectos e imperfecciones en todos los materiales, y a menudo puede determinar las propiedades de un material. En este caso, el equipo decidió aprovechar ese hecho e incorporar defectos para dotar al material de las propiedades que deseaban.

"La parte más intrigante de este trabajo para mí es el papel fundamental de los defectos en materiales arquitectónicos tan dinámicamente sensibles, "dice Xiaoxing Xia, estudiante de posgrado en Caltech y autor principal del Naturaleza papel.

Para el Naturaleza papel, el equipo diseñó una celosía recubierta de silicona con vigas rectas a microescala que se doblan en curvas bajo estimulación electroquímica, adquiriendo propiedades mecánicas y vibratorias únicas. El equipo de Greer creó estos materiales utilizando un proceso de impresión 3D de ultra alta resolución llamado litografía de dos fotones. Usando este novedoso método de fabricación, fueron capaces de incorporar defectos en el sistema de materiales arquitectónicos, basado en un diseño preestablecido. En una prueba del sistema, el equipo fabricó una hoja del material que, bajo control eléctrico, revela un icono de Caltech.

"Esto demuestra además que los materiales son como las personas, son las imperfecciones las que las hacen interesantes. Siempre he tenido un gusto especial por los defectos, y esta vez Xiaoxing logró descubrir primero el efecto de diferentes tipos de defectos en estos metamateriales y luego usarlos para programar un patrón particular que emergería en respuesta al estímulo electroquímico, "dice Greer.

Un material con una capacidad tan finamente controlable para cambiar de forma tiene potencial en los futuros sistemas de almacenamiento de energía porque proporciona una vía para crear sistemas de almacenamiento de energía adaptables que permitirían que las baterías, por ejemplo, para ser significativamente más ligero, más seguro y tener vidas sustancialmente más largas, Greer dice. Algunos materiales de la batería se expanden al almacenar energía, creando una degradación mecánica debido a la tensión de la expansión y contracción repetidas. Los materiales arquitectónicos como este se pueden diseñar para manejar tales transformaciones estructurales.

"Los metamateriales electroquímicamente activos proporcionan una vía novedosa para el desarrollo de baterías inteligentes de próxima generación con mayor capacidad y funcionalidades novedosas. En Georgia Tech, estamos desarrollando las herramientas computacionales para predecir este complejo comportamiento electroquimio-mecánico acoplado, "dice Claudio V. Di Leo, profesor asistente de ingeniería aeroespacial en el Instituto de Tecnología de Georgia.

los Naturaleza El artículo se titula "Materiales arquitectónicos reconfigurables electroquímicamente".