Inspenet, 30 de diciembre 2023.
La estructura microscópica singular de las plumas del pájaro azul oriental ha servido de inspiración para la creación de un nuevo material sintético, robusto, escalable y de fácil producción que podría tener aplicaciones en baterías y filtros de agua.
Reconociendo el potencial de esta estructura en red como un material utilizable, un equipo de investigadores de ETH Zürich se propuso replicarla en el laboratorio.
Para lograrlo, utilizaron caucho de silicona transparente como recurso inicial, colocándolo en una solución oleosa y permitiendo que se hinchara durante varios días en un horno calentado a 140 °F (60 °C). Posteriormente, se enfrió para disminuir la solubilidad del líquido y finalmente, se extrajo el caucho de la solución oleosa.
Al examinar el material bajo el microscopio para observar cómo había evolucionado su nanoestructura durante el procedimiento, los investigadores identificaron estructuras de red similares a las presentes en las plumas del pájaro azul. La única discrepancia significativa fue el grosor de los canales formados; mientras que en la pluma tienen aproximadamente 200 nanómetros, en el material sintético alcanzan los 800.
¿Cómo es posible la creación de este nuevo material?
La clave para desarrollar la nueva estructura de red en el material radica en el fenómeno de la separación de fases. Este fenómeno puede ser familiar en la cocina al intentar mezclar aceite y vinagre para crear un aderezo para ensaladas. Los líquidos se combinan cuando se agitan, pero se separan cuando se deja de agitar. No obstante, los investigadores aplicaron un método alternativo para mezclar el aceite y el vinagre: calentarlo y luego enfriarlo. Este principio fue el que aplicaron aquí, interrumpiendo el proceso para crear los canales necesarios.
“Somos capaces de controlar y seleccionar las condiciones de tal manera que se formen canales durante la separación de fases“, afirma Carla Fernández-Rico, autora principal del estudio. “Hemos logrado detener el procedimiento antes de que las dos fases vuelvan a fusionarse por completo“.
La técnica empleada por los investigadores generó material sintético de varios centímetros y es susceptible de ampliarse.
“En principio, se podría utilizar un trozo de plástico gomoso de cualquier tamaño”, dijo Fernández-Rico. “Pero entonces también se necesitarían recipientes y hornos correspondientemente grandes“.
Los investigadores dicen que su nuevo material ha despertado el interés de la comunidad física.
“Tenemos un sistema sencillo formado por sólo dos ingredientes, pero la estructura final obtenida es muy compleja y está controlada por las propiedades de los ingredientes”, afirma Fernández-Rico. “Varios grupos teóricos se nos acercaron y propusieron el uso de modelos físicos para comprender los principios físicos clave de este nuevo proceso y predecir su resultado“.
Aplicación en baterías y filtros de agua
En la aplicación práctica, afirman que el material podría ser utilizado en baterías y filtros de agua. En el caso de estos últimos, la utilización de estructuras con forma de canales ofrece una relación significativa entre superficie y volumen, facilitando una eliminación más eficiente de los contaminantes. Una insuficiente área de superficie del filtro puede ocasionar impactos de sólidos a velocidades elevadas, provocando una degradación prematura de la membrana del filtro o del sustrato subyacente.
Así mismo, una superficie de filtro insuficiente puede aumentar la caída de presión en el sistema, resultando en un mayor consumo de energía.
En cuanto a las baterías, el electrolito, que es una solución líquida o pastosa que transporta iones cargados positivamente entre los terminales del cátodo y del ánodo, puede ser mejorado mediante el uso de este material. La reacción de los iones con el electrolito es una de las razones por las cuales las pilas pierden su capacidad de carga con el tiempo o pueden fallar, ya que esto causa un contacto físico entre los electrodos, dañando la batería.
La aplicación de un electrolito sólido fabricado con el material desarrollado aquí evitaría el contacto físico entre los electrodos, al tiempo que mantendría un transporte eficiente de iones a través de la pila.
“Sin embargo, el producto todavía está muy lejos de estar listo para el mercado“, afirmó Fernández-Rico. “Si bien el material gomoso es barato y fácil de obtener, la fase oleosa es bastante cara. Aquí se necesitaría un par de materiales menos costosos”.
Cabe destacar que los investigadores planean mejorar el material, centrándose en la sostenibilidad.
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Fuente y foto: newatlas.com
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