La naturaleza crea materiales en capas como el hueso y la madreperla que se vuelven menos sensibles a los defectos a medida que crecen. Ahora, los investigadores han creado, utilizando proteínas biomiméticas modeladas en dientes de anillos de calamar, materiales compuestos en 2D en capas que son resistentes a la rotura y extremadamente elásticos.

"Los investigadores rara vez informaron esta propiedad de interfaz para el hueso y el nácar porque era difícil de medir experimentalmente", dijo Melik Demirel, presidente de Lloyd y Dorothy Foehr Huck en materiales biomiméticos y director del Centro de Tecnologías Avanzadas de Fibra, Penn State.

Los materiales 2D compuestos están formados por capas del grosor de un átomo de un material duro, como el grafeno o un MXene, generalmente un carburo, nitruro o carbonitruro de metal de transición, separados por capas de algo para unir las capas. Mientras que grandes trozos de grafeno o MXenes tienen propiedades de volumen, la fuerza de los compuestos 2D proviene de las propiedades interfaciales.

"Debido a que estamos utilizando un material interfacial que podemos modificar repitiendo secuencias, podemos ajustar las propiedades", dijo Demirel. "Podemos hacerlo muy flexible y muy fuerte al mismo tiempo".

Señaló que los materiales también pueden tener regímenes o propiedades de conducción térmica únicos, que difunden el calor en una dirección con más fuerza que a 90 grados. Los resultados de este trabajo se publicaron hoy (25 de julio) en las Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Este material sería excelente para las plantillas de los zapatos para correr", dijo Demirel. "Podría enfriar el pie y la flexión repetida no rompería la plantilla".

Estos compuestos 2D podrían usarse para placas de circuitos flexibles, dispositivos portátiles y otros equipos que requieren fuerza y ​​flexibilidad.

Según Demirel, la teoría tradicional del continuo no explica por qué estos materiales son fuertes y flexibles, pero las simulaciones demostraron que la interfaz es importante. Lo que aparentemente sucede es que con un mayor porcentaje del material compuesto por la interfaz, la interfaz se rompe en lugares cuando el material está bajo estrés, pero el material en su conjunto no se rompe.

"La interfaz se rompe, pero el material no", dijo Demirel. "Esperábamos que cumplieran, pero de repente no solo cumplen, sino que son muy elásticos".

Otros que trabajaron en este proyecto de Penn State fueron Mert Vural, becario postdoctoral; Tarek Mazeed, becario postdoctoral; Oguzhan Colak, estudiante de posgrado; y Reginald F. Hamilton, profesor asociado de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica.

También trabajaron en esta investigación Dong Li y Huajian Gao, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial, ambos en la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur. + Explora más

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