{"id":1361,"date":"2021-11-12T09:32:49","date_gmt":"2021-11-12T08:32:49","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=1361"},"modified":"2021-11-12T09:32:49","modified_gmt":"2021-11-12T08:32:49","slug":"compuestos-plasticos-y-de-nacar-con-transparencias-como-las-del-vidrio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2021\/11\/12\/compuestos-plasticos-y-de-nacar-con-transparencias-como-las-del-vidrio\/","title":{"rendered":"Compuestos pl\u00e1sticos y de n\u00e1car con transparencias como las del vidrio."},"content":{"rendered":"\n

Los vidrios(1) son materiales muy \u00fatiles para el ser humano. Son duros, impermeables, suelen ser resistentes a los ataques qu\u00edmicos de muchas sustancias, se pueden reciclar con facilidad, por no mencionar su transparencia a la luz visible, que los hace tan \u00fatiles en la formaci\u00f3n de lentes y elementos del estilo.<\/p>\n\n\n\n

Pero tiene alg\u00fan problema, el principal su fragilidad. Son muy duros, por eso aguantan muy bien grandes tensiones, pero son fr\u00e1giles: cualquier golpe lo hace romper. Otros sustitutos m\u00e1s flexibles, como el pl\u00e1stico, son maleables, pero blandos y no aguantan grandes temperaturas.<\/p>\n\n\n\n

Recientemente, un grupo de cient\u00edficos ha conseguido crear un material que combina caracter\u00edsticas tanto de pl\u00e1sticos transparentes como de vidrios: es muy duro y transparente a la vez. Usando una mezcla de pol\u00edmero metacrilato y l\u00e1minas planas de vidrio de tama\u00f1o microm\u00e9trico han creado un compuesto que han denominado \u00abcompuesto nacarado\u00bb por la similitud de sus propiedades mec\u00e1nicas con el n\u00e1car natural.<\/p>\n\n\n\n

Los investigadores se fijaron en el n\u00e1car por sus propiedades mec\u00e1nicas: es unas tres mil veces m\u00e1s duro que los elementos que lo forman y tiene una resistencia a la fractura tambi\u00e9n muy alta. Comentan tambi\u00e9n que con la intenci\u00f3n de copiar la estructura del n\u00e1car para su uso industrial, varias t\u00e9cnicas se han implementado, desde la aplicaci\u00f3n de pel\u00edculas delgadas hasta su infiltraci\u00f3n con pol\u00edmeros entre l\u00e1minas de cristal. Tambi\u00e9n se ha intentado formar estructuras en el cristal que imiten la del n\u00e1car empleando l\u00e1seres u otros m\u00e9todos, pero son sistemas muy caros y de dif\u00edcil escalibilidad industrial.<\/p>\n\n\n\n

As\u00ed, en su investigaci\u00f3n los autores ten\u00edan que lograr dos objetivos distintos en el material que crearon: tener una parte dura y muy poco flexible, muy unida a otra parte flexible y deformable. Adem\u00e1s, para que la transmisi\u00f3n de luz fuera buena, el \u00edndice \u00f3ptico de ambas partes del material deber\u00edan coincidir lo mejor posible. Por eso emplearon vidrios transparente como componente duro y metacrilato como componente blando. El problema es que, si bien el metacrilato es transparente, no tiene el mismo \u00edndice de refracci\u00f3n del vidrio, con lo que el conjunto no ser\u00eda muy transparente. Pero lo pudieron solucionar a\u00f1adiendo un dopante al metacrilato que alter\u00f3 su \u00edndice de refracci\u00f3n hasta hacerlo muy similar al del vidrio, algo que ya estaba resulto previamente.<\/p>\n\n\n\n

De todas formas, el tener los materiales no es el final de la historia: tambi\u00e9n hay que lograr que la estructura de la mezcla sea la adecuada. Para ello, los vidrios los a\u00f1adieron en forma de l\u00e1minas, para imitar la forma que tiene el n\u00e1car de l\u00e1minas pegadas con el material m\u00e1s blando. Y claro, tambi\u00e9n tuvieron que lograr que vidrios y metacrilato se pegaran bien. Para ello, prepararon las l\u00e1minas de vidrio con compuestos que alteraron su superficie para favorecer su mezcla con el metacrilato. Luego, para que el producto mezclado adoptara la forma adecuada, lo centrifugaron(2) de forma que las tablillas de vidrio y el metacrilato adoptaron la forma de los ladrillos y el cemento en una pared. Despu\u00e9s, polimerizaron el metacrilato mediante tres etapas de calentamiento.<\/p>\n\n\n\n

El resultado, despu\u00e9s de dopar el pol\u00edmero, fue un material con una transparencia muy parecida a la de cualquier vidrio incluido el comercial(3) como se observa en la figura siguiente, que muestra su transparencia de una manera muy visual.<\/p>\n\n\n\n

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Comprobaci\u00f3n de la transparencia del nuevo material. El material m\u00e1s opaco tiene la misma composici\u00f3n, pero sin ajustar el \u00edndice de refracci\u00f3n mediante el dopante para el metracilato. La diferencia es claramente visible. De la fig. 1 A<\/span> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Por otra parte, adem\u00e1s de verlo de una manera tan visual, lo midieron directamente. Es decir, comprobaron la trasmitancia de la luz en las longitudes de onda del visible, de 400 a 700 nm, de este material y lo compararon con vidrios y otros intentos previos de otros investigadores. Como muestra la figura siguiente, su material tiene propiedades muy similares al vidrio comercial en las longitudes de onda visibles.<\/p>\n\n\n\n

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Transmitancia de la luz para varios materiales. La l\u00ednea roja a rayas es la del vidrio, \u00absoda-lime glass slide\u00bb en el texto en ingl\u00e9s, mientras que las negras son intentos previos de otros investigadores y la amarilla es la del producto que han desarrollado, que llama \u00abPMMA-12% dopant\u00bb. En el rango de la luz visible su transparencia es muy parecida a la del vidrio, atenuando sobre todo la radiaci\u00f3n ultravioleta cercana del comienzo de la gr\u00e1fica, longitudes de onda de 350 a 400 nm. De la fig. 1 B<\/span> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Por otra parte, si este material tiene que sustituir al vidrio, tambi\u00e9n tiene que ser fuerte. Idealmente, deber\u00eda tener mayor flexibilidad para convertirse en un \u00abvidrio flexible\u00bb. En el art\u00edculo resaltan la importancia del centrifugado, dado que logra concentrar y ordenar las placas de vidrio de tal forma que su estructura interna se hace m\u00e1s resistente sin perder demasiada flexibilidad, como indica la figura siguiente.<\/p>\n\n\n\n

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Curva de esfuerzo de flexi\u00f3n para el material preparado con el tratamiento superficial de las l\u00e1minas de cristal y centrifugado de la mezcla, l\u00ednea negra, sin centrifugado, l\u00ednea roja, y sin tratar las l\u00e1minas ni centrifugar el material, l\u00ednea azul. La mejora en las propiedades de flexi\u00f3n, aguantando mucha m\u00e1s presi\u00f3n, es obvia para el material completo. De la fig. 3 A<\/span> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Para terminar el art\u00edculo los autores comparan su material en el diagrama de Ashby(4) compuesto con la resistencia a la fractura y la tensi\u00f3n, donde claramente su material se compara muy favorablemente con varios materiales comerciales actuales, como muestra la figura siguiente:<\/p>\n\n\n\n

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Diagrama de Ashby de varios materiales, incluido el fabricado por los autores del art\u00edculo, que se\u00f1alan con color rojo. Como se ve, es mejor que algunos vidrios comerciales, incluido el vidrio templado en resistencia a la fractura y tensi\u00f3n soportada. Las conchas de los moluscos , \u00abMollusc shell\u00bb, y el la parte externa del hueso, \u00abCortical bone\u00bb, son mejores materiales en cuanto a dureza, si bien se rompen con menor fuerza. De la fig. 5 <\/span>del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

El material que han logrado es impresionante: puede competir con varios vidrios artificiales, siendo mejor que ellos y es transparente en la luz visible. La verdad es que ser\u00eda un material maravilloso para parabrisas y ventanas, que ser\u00edan mucho m\u00e1s resistentes.<\/p>\n\n\n\n

El art\u00edculo se public\u00f3 en la revista Science: Science, Vol. 373, N\u00ba 6560. pp. 1229-1234 \u2022 DOI: 10.1126\/science.abf0277<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Notas:<\/h4>\n\n\n\n

(1) Aunque a veces se los confunda, \u00abcristales\u00bb y \u00abvidrios\u00bb son cosas muy distintas para los f\u00edsicos y otros cient\u00edficos. Un cristal es un material cuya estructura interna es la repetici\u00f3n de unidades iguales, llamadas celdas, con una geometr\u00eda muy bien definida. Por ejemplo, un cubo, una pir\u00e1mide, etc. Los v\u00e9rtices de las figuras son los lugares ocupados por los \u00e1tomos y la configuraci\u00f3n es debida a las fuerzas entre los \u00e1tomos. Un vidrio es un material cuya estructura interna no esa tan bien definida, es mucho m\u00e1s amorfa. Las entradas en la Wikipedia en Espa\u00f1ol lo explican bastante bien: Wiki:Cristal<\/a> y Wiki:Vidrio<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

(2) Es decir, lo mezclaron d\u00e1ndole vueltas a muy alta velocidad.<\/p>\n\n\n\n

(3) En ingl\u00e9s se llama soda-lime-glass.<\/p>\n\n\n\n

(4) Los diagramas de Ashby son gr\u00e1ficas donde dos propiedades relacionadas de un material se colocan como ejes para poder comparar mejor las ventajas y desventajas de su uso. El art\u00edculo en Ingl\u00e9s de la Wikipedia sobre selecci\u00f3n de materiales lo explica muy bien: Wiki: Material Selection<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Los vidrios(1) son materiales muy \u00fatiles para el ser humano. Son duros, impermeables, suelen ser resistentes a los ataques qu\u00edmicos de muchas sustancias, se pueden reciclar con facilidad, por no mencionar su transparencia a la luz visible, que los hace tan \u00fatiles en la formaci\u00f3n de lentes y elementos del estilo. Pero tiene alg\u00fan problema, … Continuar leyendo \u00abCompuestos pl\u00e1sticos y de n\u00e1car con transparencias como las del vidrio.\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":378,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[35,62],"class_list":["post-1361","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-articulo-interesantes","tag-materiales","tag-tecnologia"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1361","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/users\/378"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1361"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1361\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1361"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1361"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1361"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}