Nueva ruta para construir materiales a partir de partículas diminutas

La investigadora Laura Rossi y su grupo en TU Delft han encontrado una nueva forma de construir materiales sintéticos a partir de pequeñas partículas de vidrio, los llamados coloides. Junto con sus colegas de la Universidad de Queen y la Universidad de Amsterdam, demostraron que pueden simplemente usar la forma de estos coloides para hacer bloques de construcción interesantes para nuevos materiales, independientemente de otras propiedades de las partículas coloidales. «Esto es sorprendente, porque abre una forma completamente nueva de pensar sobre el diseño de materiales», dice Rossi. Su trabajo está publicado en Avances de la ciencia este Viernes.

Los coloides son partículas diminutas, de unos pocos nanómetros a unas pocas micras de tamaño. Consisten en una colección de moléculas y pueden tener diferentes propiedades dependiendo del material del que están hechos. «Bajo ciertas circunstancias, los coloides pueden comportarse como átomos y moléculas, pero sus interacciones son menos fuertes», explica Rossi. «Eso los convierte en bloques de construcción prometedores para nuevos materiales, por ejemplo, para materiales interactivos que pueden adaptar sus propiedades a su entorno».

Nueva forma de diseño de materiales.

Si se dejan solos, los coloides en forma de cubo de este estudio, que están hechos de vidrio, se ensamblarán en estructuras simples como redes cúbicas y hexagonales distorsionadas. Pero en lugar de pasar inmediatamente del bloque de construcción a la estructura final, los investigadores tomaron pequeños grupos de coloides y los combinaron en bloques de construcción más grandes. Cuando ensamblaron estos grupos de coloides, terminaron con una estructura final diferente con diferentes propiedades materiales que la estructura autoensamblada. «Desde el punto de vista de la química, siempre nos enfocamos en cómo podemos producir cierto tipo de coloide», dice Rossi. «En este estudio, hemos cambiado nuestro enfoque a: ¿cómo podemos usar los coloides que ya están disponibles para hacer bloques de construcción interesantes?»

Un paso adelante

Según Rossi y su colaborador Greg van Anders, uno de los objetivos finales de su comunidad de investigación es diseñar estructuras coloidales complejas bajo demanda. «Lo que encontramos aquí es muy importante, porque para posibles aplicaciones, necesitamos tener procedimientos que se puedan ampliar, algo que será difícil de lograr con la mayoría de los enfoques disponibles actualmente. La capacidad básica de preensamblar piezas idénticas de diferentes bloques de construcción y hacer que hagan la misma estructura, o tomar el mismo bloque de construcción y ensamblar previamente diferentes piezas que forman estructuras diferentes, son realmente los «movimientos de ajedrez» básicos para la ingeniería de estructuras complejas», agrega van Anders.

Aunque Rossi estudia los aspectos fundamentales más que la aplicación del diseño de materiales, puede vislumbrar posibles aplicaciones para este trabajo específico: «Descubrimos que la densidad de la estructura que preparamos era mucho más baja que la densidad de la estructura que se obtendría usando los bloques de construcción iniciales. Por lo tanto, puede pensar en materiales fuertes pero livianos para el transporte «.

Formando equipos

Después de que el equipo de Rossi construyera grupos de coloides en el laboratorio, confiaron en el equipo de Greg van Anders de la Universidad de Queen para construir la estructura final a partir de grupos preensamblados con una simulación por computadora. «Con este tipo de proyectos, es fantástico poder trabajar en equipo con otras personas que pueden ejecutar simulaciones, no solo para comprender lo que sucede en profundidad, sino también para probar cuán grande será la posibilidad de un experimento de laboratorio exitoso», explica Rossi. . «Y en este caso, obtuvimos resultados muy convincentes de que estábamos entendiendo bien el proceso de diseño y que el material resultante puede ser útil».

El siguiente paso será construir la estructura final hecha a partir de los grupos de coloides en el laboratorio. «Después de ver estos resultados, estoy seguro de que se puede hacer», dice Rossi. «Sería genial tener una versión física de este material y tenerlo en mi mano».