Un equipo de ingenieros y químicos de polímeros de la Universidad Carnegie Mellon ha desarrollado una nueva metodología que se puede utilizar para crear una clase de compuestos poliméricos estirables con propiedades eléctricas y térmicas mejoradas. Estos materiales son candidatos prometedores para su uso en robótica blanda, aparatos electrónicos y médicos de autorreparación. Los resultados aparecen en la edición del 20 de mayo de Nanotecnología de la naturaleza .

En el estudio, los investigadores combinaron su experiencia en ciencia e ingeniería fundamentales para diseñar un método que incorpore uniformemente galio indio eutéctico (EGaIn), una aleación de metal que es líquida a temperatura ambiente, en un elastómero. Esto creó un nuevo material:un material altamente elástico suave, Compuesto multifuncional que tiene un alto nivel de estabilidad térmica y conductividad eléctrica.

Carmelo Majidi, profesor de Ingeniería Mecánica en Carnegie Mellon y director del Soft Machines Lab, ha realizado una extensa investigación para desarrollar nuevos materiales blandos que se pueden utilizar para aplicaciones biomédicas y otras. Como parte de esta investigación, desarrolló compuestos de caucho sembrados con gotitas nanoscópicas de metal líquido. Los materiales parecían prometedores, pero la técnica de mezcla mecánica que usó para combinar los componentes produjo materiales con composiciones inconsistentes, y como un resultado, propiedades inconsistentes.

Para superar este problema, Majidi se dirigió al químico de polímeros de Carnegie Mellon y al profesor de Ciencias Naturales de la Universidad J.C. Warner Krzysztof Matyjaszewski, que desarrolló la polimerización de radicales por transferencia de átomos (ATRP) en 1994. ATRP, el primer y más robusto método de polimerización controlada, permite a los científicos unir monómeros pieza por pieza, dando como resultado polímeros altamente personalizados con propiedades específicas.

"Los nuevos materiales solo son efectivos si son confiables. Debe saber que su material funcionará de la misma manera cada vez antes de que pueda convertirlo en un producto comercial, ", dijo Matyjaszewski." ATRP ha demostrado ser una herramienta poderosa para crear nuevos materiales que tienen estructuras confiables y propiedades únicas ".

Majidi, Matyjaszewski y el profesor de ciencia e ingeniería de materiales Michael R. Bockstaller utilizaron ATRP para unir cepillos de monómero a la superficie de las nanogotas de EGaIn. Los pinceles pudieron unirse, formando fuertes lazos con las gotitas. Como resultado, el metal líquido uniformemente disperso por todo el elastómero, dando como resultado un material con alta elasticidad y alta conductividad térmica.

Matyjaszewski también señaló que después del injerto de polímero, la temperatura de cristalización de eGaIn se redujo de 15 C a -80 C, extendiendo la fase líquida de la gota - y por lo tanto sus propiedades líquidas - hasta temperaturas muy bajas.

"Ahora podemos suspender metal líquido en prácticamente cualquier polímero o copolímero para adaptar las propiedades de sus materiales y mejorar su rendimiento, "dijo Majidi." Esto no se ha hecho antes. Abre la puerta al descubrimiento de materiales en el futuro ".

Los investigadores prevén que este proceso podría usarse para combinar diferentes polímeros con metal líquido, y controlando la concentración de metal líquido, pueden controlar las propiedades de los materiales que están creando. El número de combinaciones posibles es enorme, pero los investigadores creen que con la ayuda de la inteligencia artificial, su enfoque podría utilizarse para diseñar compuestos elastoméricos "hechos a medida" que tengan propiedades personalizadas. El resultado será una nueva clase de materiales que se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, incluida la robótica blanda, piel artificial y dispositivos médicos biocompatibles.