Gel termoplástico nanocristalino para aplicaciones en energía, defensa y comunicaciones

(Noticias de Nanwerk) Las nuevas aplicaciones en energía, defensa y comunicaciones podrían recibir un impulso después de que un equipo de la Universidad de Texas en Austin creara un nuevo tipo de «gel nanocristalino», un gel formado por diminutos nanocristales, cada uno 10 000 veces más pequeño que el ancho de un ser humano. el cabello se une en una red organizada.

El núcleo del descubrimiento del equipo es que este nuevo material se puede ajustar fácilmente. Es decir, puede cambiar entre dos estados diferentes cambiando la temperatura. Esto significa que el material puede actuar como un filtro óptico, absorbiendo distintas frecuencias de luz según se encuentre en estado gelatinoso o no. Por lo tanto, se puede utilizar, por ejemplo, en el exterior de los edificios para controlar dinámicamente la calefacción o la refrigeración. Este tipo de filtro óptico también tiene aplicaciones para la defensa, particularmente para el camuflaje térmico. Cuantificación colorimétrica de la unión en ensamblajes de gel nanocristalino termoplástico.

Los geles se pueden personalizar para estas amplias aplicaciones porque tanto los nanocristales como los enlaces moleculares que los conectan a las redes son componentes diseñados. Los nanocristales se pueden ajustar químicamente para que sean útiles en el enrutamiento de comunicaciones a través de redes de fibra óptica o para mantener las naves espaciales a una temperatura constante en objetos planetarios distantes. Las uniones se pueden diseñar para alterar los geles según la temperatura ambiente o la detección de toxinas ambientales.

«Puede cambiar la firma térmica aparente de un objeto cambiando las propiedades infrarrojas de su piel», dijo Delia Meliron, profesora y directora del Departamento de Ingeniería Química de Makita en la Escuela de Ingeniería Cockrell. «También podría ser útil para las telecomunicaciones que utilizan ondas infrarrojas».

La nueva investigación ha sido publicada en la revista progreso de la ciencia («Cuantificación colorimétrica de enlaces en ensamblajes de geles nanocristalinos térmicamente reversibles»).

El equipo, dirigido por los estudiantes graduados Jiho Kang y Stephanie Valenzuela, realizó este trabajo a través del Centro de Dinámica y Control de Materiales de la universidad, el Centro de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Fundación Nacional de Ciencias que reúne a ingenieros y científicos de todo el campus para colaborar en materiales. investigación científica.

Los experimentos de laboratorio permitieron al equipo ver el cambio de ida y vuelta del material entre sus estados gelatinoso y no gelificado (es decir, nanocristales flotantes suspendidos en un líquido) que causaron debido a ciertos cambios de temperatura.

Las simulaciones de supercomputadoras realizadas en el Centro de Computación Avanzada de Texas de la Universidad de Texas les ayudaron a comprender lo que sucedía en el gel a nivel microscópico cuando se aplicaba calor. Basándose en teorías de la química y la física, las simulaciones revelaron los tipos de enlaces químicos que mantienen unidos a los nanocristales en una red, y cómo estos enlaces se rompen cuando son golpeados por el calor, lo que hace que el gel se agriete.

Esta es la segunda generación nanocristalina única realizada por este equipo, y continúan buscando avances en esta área. Kang está trabajando actualmente en la creación de un nanogel que puede cambiar entre cuatro estados, haciéndolo más versátil y útil. Este gel sería una mezcla de dos tipos diferentes de nanocristales, cada uno capaz de cambiar de estado en respuesta a señales químicas o cambios de temperatura. Estos geles nanocristalinos sintonizables se denominan materiales «programables».