Una nueva forma de analizar cómo los recubrimientos de partículas diminutas alteran las propiedades del plástico transparente podría ayudar a los investigadores a crear ventanas livianas con casi la fuerza del vidrio. El mismo método también podría conducir a una alta resistencia, Recubrimientos resistentes a los arañazos que se pueden aplicar a muchos materiales diferentes, según los investigadores del MIT que desarrollaron el análisis.
El análisis utilizó un polímero llamado poli (metacrilato de metilo), o PMMA, que se utiliza ampliamente como sustituto del vidrio. Conocido genéricamente como acrílico, y se vende bajo marcas comerciales como Lucite o Plexiglas, este material puede ser quebradizo y es mucho menos resistente a los arañazos que el vidrio.
Otros investigadores han agregado partículas de sílice que miden solo nanómetros de diámetro al PMMA, creando un nanocompuesto de partículas de polímero con una resistencia mucho mayor. Pero el equipo del MIT por primera vez, ha encontrado una manera de analizar las interacciones partículas-polímero de tales recubrimientos a nanoescala, lo que podría facilitar el descubrimiento de recubrimientos mejorados. Su trabajo fue reportado en julio en la revista Materia blanda .
El análisis fue realizado por Meng Qu, un postdoctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT, junto con la profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales Krystyn Van Vliet y varios investigadores de DuPont Nanocomposite Technologies en Delaware. El trabajo fue financiado en parte por DuPont-MIT Alliance.
Se utilizaron partículas de sílice para el recubrimiento porque son transparentes, para que el material acabado mantenga su transparencia. Pero la sílice y el acrílico no son compatibles, lo que normalmente causaría la aglomeración de los diminutos granos de sílice, que miden solo entre 10 y 20 nanómetros de ancho, o alrededor de una diezmilésima parte del ancho de un cabello humano. Para superar esto, la sílice se trató con otros "grupos funcionales" de moléculas, cambiando la química de su superficie para que se disperse uniformemente en la superficie del polímero.
Luego, los investigadores calentaron el polímero para ablandarlo ligeramente, y usó un microscopio de fuerza atómica para observar las partículas a medida que se hundían lentamente en la superficie. Tales observaciones de la dinámica del proceso nunca se habían realizado antes, permitiendo al equipo del MIT ver qué tan rápido se hunden las partículas y determinar exactamente cómo interactúan con el polímero.
Los datos resultantes permitieron al equipo determinar los materiales de recubrimiento óptimos y las densidades de partículas para fortalecer la superficie del polímero. haciendo posibles sustitutos de ventanas más fuertes. El trabajo también podría conducir a recubrimientos en aerosol resistentes a los arañazos para todo, desde automóviles hasta teléfonos celulares, Qu dice. "Cualquier superficie que necesite recubrimiento" es potencialmente candidata para dicho tratamiento, ella dice. "Demostramos que poner una pequeña cantidad de partículas en la superficie aumenta la rigidez".
El trabajo también podría marcar la diferencia en muchos usos actuales del PMMA, como las ventanas utilizadas en los tanques de acuarios. En el presente, estas ventanas se hacen muy gruesas para resistir la enorme presión del agua en tanques grandes. Pero si el material es más fuerte, las ventanas podrían hacerse más delgadas y ligeras, y por lo tanto menos costoso, Qu dice.
Mark VanLandingham, Jefe de la Rama de Diseño y Respuesta de Materiales en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. en Adelphi, Maryland., dice que ha habido mucha actividad de investigación en el área de nanocompuestos de polímeros, pero este nuevo trabajo proporciona un enfoque único para estudiar las propiedades químicas y físicas fundamentales de tales materiales. "Ha habido una combinación increíble de investigación que se extiende por todos los ámbitos, ", dice:Algunos estudios han encontrado beneficios significativos de la adición de nanopartículas, mientras que otros encontraron poca mejora. Entonces, él añade, Hay mucho interés en comprender los conceptos básicos de cómo estos materiales interactúan "de manera fundamental y cuantitativa".
El enfoque del equipo del MIT podría proporcionar un nuevo método para estudiar cómo interactúan los materiales, VanLandingham dice:y potencialmente una nueva forma de hacer tales compuestos. "Esto proporciona algunas direcciones adicionales" para futuras investigaciones que podrían conducir a aplicaciones útiles, él dice.
