Los autores, que emplearon un novedoso proceso de polimerización, explican su descubrimiento en un estudio publicado este miércoles en la revista ‘Nature’. Los investigadores han solicitado dos patentes sobre el proceso que utilizaron para generar el material, al que han denominado 2DPA-1.

Este nuevo material podría usarse como un recubrimiento liviano y duradero para piezas de automóviles o teléfonos móviles, o como material de construcción para puentes u otras estructuras, según Michael Strano, profesor de ingeniería química en el MIT y autor principal del estudio, que apunta: “Normalmente no pensamos en los plásticos como algo que podrías usar para sostener un edificio, pero con este material puedes habilitar cosas nuevas”.

Se trata de un polímero bidimensional que se autoensambla en láminas, a diferencia de todos los demás polímeros, que forman cadenas unidimensionales similares a espaguetis. Hasta ahora, los científicos creían que era imposible inducir polímeros para formar láminas 2D.

Los polímeros, que incluyen todos los plásticos, consisten en cadenas de bloques de construcción llamados monómeros y que crecen añadiendo nuevas moléculas en sus extremos. Una vez formados, se pueden moldear en objetos tridimensionales, como botellas de agua, mediante inyección.

Algunos científicos han planteado mucho tiempo la hipótesis de que los polímeros deberían formar materiales extremadamente fuertes y livianos si pudieran crecer en una lámina bidimensional. Sin embargo, muchas décadas de trabajo en este campo llevaron a la conclusión de que esto era imposible.

Una de las razones fue que el material comenzaría a expandirse en tres dimensiones y se perdería la estructura similar a una hoja si sólo un monómero gira hacia arriba o hacia abajo y fuera del plano de la lámina en crecimiento.

POLIARAMIDA

Sin embargo, Strano y sus colegas idearon un nuevo proceso de polimerización que les permite generar una lámina bidimensional llamada poliaramida. Para los monómeros, utilizaron un compuesto llamado melamina, que contiene un anillo de átomos de carbono y nitrógeno.

Bajo las condiciones adecuadas, estos monómeros pueden crecer en dos dimensiones formando discos que se apilan uno encima del otro, unidos por enlaces de hidrógeno entre las capas, lo que hace que la estructura sea muy estable y fuerte.

“En lugar de hacer una molécula con forma de espagueti, podemos hacer un plano molecular con forma de lámina, donde hacemos que las moléculas se enganchen entre sí en dos dimensiones”, indica Strano, que agrega: “Tras sintetizar el material, podemos recubrir por rotación fácilmente películas delgadas que son extraordinariamente fuertes”.

Debido a que el nuevo material se autoensambla, se puede fabricar en grandes cantidades simplemente aumentando la cantidad inicial. Los investigadores demostraron que podían recubrir superficies con películas del material. “Con este avance, tenemos moléculas planas que serán mucho más fáciles de convertir en un material muy fuerte pero extremadamente delgado”, indica Strano.

IMPERMEABLE

Los investigadores encontraron que el módulo elástico del nuevo material -una medida de cuánta fuerza se necesita para deformar un material- es entre cuatro y seis veces mayor que el del vidrio a prueba de balas. También descubrieron que su límite elástico -o la fuerza necesaria para romper el material- es el doble que el del acero, aunque el material tiene sólo una sexta parte de la densidad del acero.

Otra característica clave de 2DPA-1 es que es impermeable a los gases. Mientras que otros polímeros están hechos de cadenas enrolladas con espacios que permiten que los gases se filtren, el nuevo material está hecho de monómeros que se unen como piezas de LEGO y las moléculas no pueden interponerse entre ellos.

"Esto podría permitirnos crear recubrimientos ultrafinos que pueden evitar por completo el paso de agua o gases", recalca Strano, que subraya: “Este tipo de revestimiento podría usarse para proteger el metal en automóviles y otros vehículos, o estructuras de acero”.