Nuevo material con alta capacidad de autocuración en diversos entornos prácticos. Crédito de la imagen: RIKEN CSRS
Un equipo de investigación del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles (CSRS) localizado en Japón, ha desarrollado un material autorreparable que también absorbe la luz y emite mucha fluorescencia.
La investigación, publicada en el Journal of the American Chemical Society, podría abrir la puerta a la fabricación de nuevos materiales, como células solares orgánicas, que sean más duraderas que los tipos existentes.
En 2019, Zhaomin Hou y su equipo utilizaron un catalizador de metales de tierras raras para copolimerizar etileno y anisilpropileno. El copolímero binario producido demostró excelentes características de autocuración contra daños. Los componentes blandos del copolímero, las unidades alternas de etileno y anisilpropileno y las unidades cristalinas duras de las cadenas de etileno-etileno actuaron como puntos físicos de entrecruzamiento, lo que resultó en una estructura separada en nanofases que fue esencial para la autocuración.
Los materiales Autorreparables son aquellos materiales inteligentes que, tras sufrir un daño, desperfecto, corte o fractura, pueden volver a su estado original provocando su propia reparación.
Aprovechando este éxito, incorporaron estirilpireno, una unidad luminiscente, en un monómero y luego formaron polímeros que también contenían anisilpropileno y etileno. El resultado de este procedimiento fue la creación en un solo paso de un material autorreparable que tenía propiedades fluorescentes.
Los materiales fluorescentes son extremadamente utiles porque pueden ser usados en diodos orgánicos emisores de luz (OLED), transistores orgánicos de efecto de campo (OFET) y células solares. Sin embargo, uno de los problemas principales con estos materiales es su vida útil corta.
Masayoshi Nishiura, colaborador de Hou en este estudio, afirma que se puede esperar que nuestro nuevo material brinde una vida útil más larga de los productos y una mayor confiabilidad.
Una sorpresa adicional ocurrió. El copolímero producido demostró ser resistente y también tenía la capacidad de autocurarse sin estímulos ni energía externa. En comparación con los copolímeros binarios, su resistencia a la tracción se recuperó por completo en 24 horas, lo que demuestra una alta velocidad de autorreparación. El material se autocuró incluso en agua y soluciones ácidas y alcalinas, lo que lo hace apto para ser utilizado en una variedad de entornos.
La autorreparación fue facilitada por la estructura de red del copolímero, que incluye puntos físicos de reticulación formados por unidades de estirilpireno, nanodominios cristalinos de etileno-etileno y segmentos blandos compuestos por unidades alternas.
El material demostró una propiedad adicional. Con la ayuda de la fotolitografía, el equipo de investigación pudo transferir con éxito una imagen bidimensional a una película fluorescente autorreparable. A pesar de que la imagen permaneció invisible bajo la luz natural, la luz ultravioleta la hizo reconocible, lo que indica que la película podría usarse como dispositivo de almacenamiento de datos. Incluso con las imágenes, la película mantuvo sus excelentes propiedades elastoméricas y de autocuración.
A través de una reacción de un solo paso, el material que sintetizamos nos permitió controlar sus propiedades ópticas y mecánicas modificando la composición del monómero. Creemos que podría contribuir significativamente al desarrollo de nuevos materiales funcionales con alta capacidad de autocuración en diversos entornos prácticos.
REFERENCIAS
Lin Huang et al, Synthesis of Tough and Fluorescent Self-Healing Elastomers by Scandium-Catalyzed Terpolymerization of Pyrenylethenylstyrene, Ethylene, and Anisylpropylene, Journal of the American Chemical Society;: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c12342
