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30 julio 2021

Nuevos materiales con propiedades (casi) mágicas

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Gracias a las técnicas que permiten manipular los materiales en la nanoescala y modificar la materia molécula a molécula en el laboratorio, los ingenieros están creando materiales con propiedades dignas de la imaginación de los más osados escritores de ciencia ficción.

Oro flotante

Aunque esta imagen podría parecer un fotomontaje, lo cierto es que no tiene truco. Lo que flota en la taza, por encima de la espuma del capuchino, no es ni más ni menos que una pieza de oro de 20 quilates. O mejor dicho, de espuma de oro, un revolucionario material mil veces más ligero que el dorado metal —y casi tan grácil como el aire— pero que es imposible de diferenciar del oro macizo a simple vista. En términos químicos, se trata de un aerogel, formado en un 98% por aire, con solo un 2% de material sólido. Sus creadores proponen usarlo en relojería y joyería, pero de forma más general, el campo emergente de los aerogeles de metales nobles promete interesantes aplicaciones en catálisis, electrónica y en la fabricación de biosensores.

Créditos: Gustav Nyström y Raffaele Mezzenga /ETH Zurich

Fuerza bruta

Tanto “Q”, el creador de gadgets e inventos para el famoso espía 007, como los diseñadores de trajes de superhéroes, se darían tortas por conseguir un pedazo del material ultrafuerte en el que trabajan los ingenieros de las Universidades de California y Riverside (EE UU) y que imita al camarón mantis, el animal con el arma más fuerte y más resistente a los impactos que se conoce. Este crustáceo del Indo-Pacífico solo necesita propinar un golpe con las patas delanteras para destrozar el caparazón de un caracol y los vidrios de un acuario. Su fuerza se debe a que posee una estructura de espiga que, si se emula, podría servir para construir una nueva generación de armaduras y automóviles casi indestructibles, o al menos con una resistencia al impacto superior a la de componentes de aviones comerciales. Este es un ejemplo de biomimética, imitar a la naturaleza para obtener materiales con nuevas propiedades.

Créditos: UC/Riverside

Buscando la capa invisible

Una capa de invisibilidad que haga desaparecer de nuestra vista objetos 3D parece más propio de las fantasiosas historias de la saga de Harry Potter que de la vida real. Sin embargo, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE UU) están trabajando para hacerlo posible. Para ellos, la magia está en las nanoantenas de oro ensambladas con las que crean una fina membrana de 80 nanómetros de grosor. Colocada sobre un objeto microscópico, esta capa reconduce las ondas luminosas de una longitud de onda concreta —en el rojo lejano—, de modo que el abultamiento provocado por el objeto desaparece a la luz de este color. Aunque estos materiales no funcionan todavía con objetos de mayor tamaño y mayor gama de colores, los investigadores no pierden la esperanza. “Es potencialmente escalable para ocultar a la vista objetos macroscópicos”, afirmaba Xiang Zhang al anunciar el hito en Science.

Créditos: Grupo de investigación dirigido por Xiang Zhang del Laboratorio de Berkeley

Material contradictorio

Rígido y flexible podrían dejar de ser términos antónimos. Al menos en el terreno de la ciencia de materiales. Y es que estas dos propiedades, a primera vista incompatibles y opuestas, han sido hermanadas en una sorprendente espuma metálica creada por Rob Shepherd, investigador de la Universidad de Cornell (EE UU). Trabajando con espuma de silicona y una aleación de indio, estaño y bismuto, Shepherd y su equipo han creado un material rígido como un metal que, cuando se calienta a 62ºC, puede cambiar de forma y volverse dúctil y flexible como una goma. Las Fuerzas Aéreas estadounidenses, que han financiado parte del proyecto, pretenden usarlo en el diseño de miniaviones para que puedan, por ejemplo, sumergirse en el agua en pleno vuelo. Estas investigaciones se enmarcan en el campo de los robots blandos, máquinas cuyos materiales los asemejan a los organismos vivos.

Metal Elastomer Composite de Ilse Mae en Vimeo.

Cemento luminoso

¿Y si, cada vez que cae el sol, en lugar de encenderse las farolas y los focos que salvan de la oscuridad a los edificios durante la noche, sus estructuras de cemento emitieran luz propia? No es una utopía, sino la creación de José Carlos Rubio, de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) en México. El investigador ha pasado nueve años modificando la microestructura del cemento hasta lograr un material fosforescente, que absorbe la energía solar y la devuelve por la noche. Lo que es mejor, conserva sus propiedades durante cien años. El material ya se está ensayando en pavimentos y señalizaciones que emiten luz sin consumir electricidad.

Créditos: UMSNH

Más ligero que una pluma

¿Soportaría un diente de león el peso de un chip? Solo si está hecho de la microrretícula metálica ultraligera creada en la Universidad de California. Usando un innovador proceso de fabricación, un equipo encabezado por Tobias Schaedler desarrolló un metal extremadamente liviano compuesto en un 99,99% de aire. El 0,01% sólido (níquel y fósforo) ha sido manipulado a escala nanométrica para tejer una especie de celosía de tubos huecos e interconectados cuya pared mide solo 100 nanómetros de grosor. O lo que es lo mismo, es mil veces más fina que un cabello humano. Y pese a su ligereza, el nuevo metal es resistente, puede comprimirse y recuperar su forma, soporta estrés térmico, vibraciones y altas presiones, además de descargas eléctricas. Sus posibles aplicaciones incluyen la automoción, la fabricación de aeronaves o incluso su uso como andamiaje para la regeneración de los huesos.

Créditos: Dan Little de los Laboratorios LLC

Superpegamento de agua

Tan fuerte como la unión de los cartílagos a los huesos de tu esqueleto y formado en un 90% por agua. Así de potente es el hidrogel adhesivo transparente y sumamente flexible desarrollado por ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en EE UU y que, por primera vez, supera en capacidad adhesiva al pegamento natural con el que los mejillones se aferran a las rocas y a la superficie de las embarcaciones, incluso en materiales no porosos como vidrio, silicio, titanio o aluminio. Como es biocompatible, además de emplearse en barcos y submarinos podría servir también para fabricar catéteres, sensores e implantes biomédicos. De hecho, estos bioadhesivos ya se están utilizando para crear una cinta que sustituye a las suturas quirúrgicas y que permite sellar los tejidos en segundos, ya sea para cerrar heridas o para fijar implantes en el interior del cuerpo.

Créditos: Felice Frankel

Madera transparente

Las ventanas hechas de cristal podrían tener sus días contados si prospera el original material creado por el sueco Lars Berglund: una madera transparente. Según se podía leer en la revista Biomacromolecules, para conseguirlo Berglund eliminó de la madera la lignina, un componente de las paredes celulares vegetales que aporta opacidad. Y a continuación la manipuló a escala nanométrica para impregnar los poros con un polímero transparente. Las propiedades ópticas del polímero y de la madera sin lignina se fusionaron y, ¡voilà!, obtuvieron un vidrio de madera, fuerte, resistente, barato, procedente de recursos renovables y cristalino. ¿Qué más se puede pedir? La investigación en madera transparente está hoy en plena expansión, ya que a este material se le auguran grandes aplicaciones en la construcción como un sustituto del vidrio más resistente, seguro y con mayor eficiencia energética como aislante.

Créditos: Real Instituto de Tecnología KTH

El negro más negro

Black Is Black, cantaban Los Bravos en los años 60. Pero algo que parece evidente no lo es tanto: el negro es la total ausencia de luz, algo que ningún material consigue, por lo que ningún Black es realmente Black. En 2014 la empresa británica Surrey NanoSystems presentaba el Vantablack, un material de nanotubos de carbono que absorbe el 99,965% de la luz visible. Pero aunque el Vantablack, creado para aplicaciones militares y astronáuticas, entró en el Libro Guinness de los Récords e incluso BMW pintó uno de sus vehículos con él, el título de negro más negro le duró poco: en 2019 investigadores del MIT crearon por puro azar otro material 10 veces más negro, que absorbe el 99,995% de la luz. Como demostración recreativa lo utilizaron para oscurecer por completo un diamante de 2 millones de dólares, el material más brillante de la Tierra. Ahora, Black Is Blacker.

BBVA-OpenMind-Materia-Materiales magicos 8-El material creado por desarrolladores del MIT asegura ser hasta diez veces más negro que cualquier otro material creado y capaz de absorber más del 99,99% de la luz. Imagen: MIT
El material creado por desarrolladores del MIT asegura ser hasta diez veces más negro que cualquier otro material creado y capaz de absorber más del 99,99% de la luz. Imagen: MIT

Materiales vivos

Si algo tienen en común todos los materiales anteriores es que son inertes, pese a sus sorprendentes propiedades e incluso si algunos estuvieron vivos antes, como la madera. Pero esto no tiene por qué ser siempre así. La investigación avanza en el terreno de los materiales vivos, que combinan polímeros con células vivas o usan estas, modificadas genéticamente, para crear los propios materiales. Otro enfoque, puesto en práctica por investigadores de la Universidad de Cornell, es utilizar biomoléculas como el ADN para crear materiales que realmente no están vivos, pero casi, ya que emplean su propio metabolismo artificial para ensamblarse, regenerarse y moverse. Estos materiales tienen el potencial de crear robots orgánicos que difuminan la frontera entre lo vivo y lo no vivo.

Elena Sanz y  Javier Yanes 

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