(Noticias de Nanowerk) La naturaleza crea materiales en capas como el hueso y la madreperla que se vuelven menos susceptibles a los defectos a medida que crecen. Ahora, utilizando proteínas biomiméticas modeladas en dientes de anillos de calamar, los investigadores han creado compuestos en capas 2D que son resistentes al aplastamiento 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 compuestos 2D consisten en capas del grosor de un átomo de un material duro como el grafeno o MXene, generalmente un carburo, nitruro o carbonitruro de un metal de transición, separadas por capas de algo para unir las capas. Mientras que las piezas grandes de grafeno o MXene tienen propiedades a granel, la fuerza de los compuestos 2D se basa en las propiedades interfaciales.
«Debido a que estamos utilizando un material de interfaz 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 únicos de conducción de calor o propiedades que distribuyen el calor más en una dirección que a 90 grados. Los resultados de este trabajo fueron publicados en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias («Compuestos moleculares estirables bioinspirados de materiales en capas 2D y proteínas repetidas en tándem»).
«Este material sería fantástico para las plantillas de los zapatos para correr», dice Demirel. «Podría enfriar el pie y la flexión repetida no dañaría la plantilla».
Estos compuestos 2D podrían usarse para placas de circuito flexibles, dispositivos portátiles y otros dispositivos 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 mostraron que la interfaz es importante. Lo que parece estar sucediendo es que con un mayor porcentaje del material formado por la interfaz, cuando el material está en tensión, la interfaz se fracturará localmente, pero el material en su conjunto no se fracturará.
«La interfaz se rompe, pero el material no», dice Demirel. «Esperábamos que cumplieran, pero de repente no solo cumplen, sino que también son muy elásticos».
Otros que trabajaron en este proyecto de Penn State fueron Mert Vural, becario postdoctoral; Tarek Mazeed, posdoctorado; Oguzhan Colak, estudiante de posgrado; y Reginald F. Hamilton, Profesor Asociado de Ingeniería y Mecánica.
Dong Li y Huajian Gao, Profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, ambos en la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, también trabajaron en esta investigación.
