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El nuevo material que imita las plumas de un pájaro azul
Investigadores de ETH han desarrollado un nuevo componente inspirado en la compleja estructura del plumaje del pájaro azul oriental americano
Científicos de ETH han desarrollado un nuevo material inspirado en las plumas del pájaro azul oriental (Foto: Envato)
El azul oriental es un pájaro especial: el pequeño pájaro cantor se esconde entre sus rarísimos plumas azules, el secreto para diseñar materiales con características únicas. El color del plumaje, de hecho, no se debe a un pigmento, sino a la particular estructura de sus plumas.
Investigadores del Instituto Federal de Tecnología de Zurich lograron replicarlo y obtuvieron un nuevo material que ha demostrado cualidades (y ventajas) sorprendentes.
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Nuevo material inspirado en las plumas del azulejo oriental
Observado al microscopio, el plumaje del azul oriental (Sialia Sialis) aparecen atravesados por una red de canales con un diámetro de unos pocos cientos de nanómetros o milmillonésimas de metro.
El raro color azul del pájaro cantor rural norteamericano ha atraído la atención de investigadores del Laboratorio de Materiales Blandos y Vivos de Politécnico Federal de Zúrich, dirigido por el ex profesor de ETH Eric Dufresne.
Los científicos han logrado replicar el complejo y fascinante estructura de las plumas del azul oriental: han desarrollado un nuevo material que presenta el mismo diseño estructural que sus plumas, y que demostró una potencial sorprendente en diversas aplicaciones prácticas.
Para reconstruir el plumaje de la pequeña Sialia Sialis, los investigadores partieron de uno caucho de silicona transparente el cual tiene la característica de poder estirarse y deformarse.
Luego colocaron el neumático en uno solución aceitosa y se dejó "hincharse" durante varios días en una estufa a 60°C. Una vez que la mezcla se enfrió, extrajeron el caucho de la solución de aceite.
La nanoestructura del caucho, observado al microscopio, mostró estructuras reticulares similares a las que dan a las plumas del azulejo oriental su característico color azul.
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Un chicle en una solución oleosa: como el aceite y el vinagre
La principal diferencia entre el nuevo material y las plumas de Sialia Sialis está en la espesor de los canales formado en su superficie: el material sintético mide 800 nanómetros, mientras que las plumas del azul oriental son apenas gruesas Nanómetros 200.
El principio detrás de la creación de la red es el separación de fases, esa división entre los componentes de una mezcla que se produce, por ejemplo, cuando se mezclan aceite y vinagre para aliñar la ensalada.
Por mucho que lo intentes, los dos líquidos tienden a separarse en cuanto dejas de agitar vigorosamente la emulsión: cambiando el temperaturaSin embargo, es posible hacer que los dos componentes se unan y se vuelvan a separar.
Este es exactamente el procedimiento que siguieron los investigadores de ETH para mezclar el caucho de silicona y la solución oleosa: el resultado de este proceso tan delicado es que, dentro del caucho, se forma un bloque entero. red microscópica de canales, muy similar al de las plumas del azulejo oriental.
Como él explicó Carla Fernández Rico, el autor principal del estudio publicado en “Materiales de la Naturaleza”, los experimentos han demostrado que es posible “Controlar y seleccionar condiciones tales que se formen canales durante la separación de fases..
"Logramos detener el procedimiento antes de que las dos fases volvieran a fusionarse por completo.”, explicó el investigador.
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Nuevo método de procesamiento con un potencial sorprendente
La novedad de este Método de procesamiento de materiales está generando mucho interés en la comunidad física. “Tenemos un sistema sencillo compuesto por sólo dos ingredientes, pero la estructura final obtenida es muy compleja y controlada por las propiedades de los ingredientes.“, explica Fernández Rico, “Nos han contactado varios grupos de teóricos que proponen el uso de modelos físicos para comprender los principios clave de este nuevo proceso y predecir su resultado..
El potencial de esta goma especial creada para imitar la estructura de las plumas de un pequeño pájaro azul no se limita a esto: el nuevo material tiene un enorme potencial en términos de Aplicaciones técnicas y soluciones sostenibles..
Un posible campo de aplicación es el de batería: Una de las principales razones por las que las baterías pierden su capacidad de carga con el tiempo es que los iones (que se mueven entre los electrodos a través de un electrolito líquido) acaban reaccionando con este último, provocando el contacto físico entre los electrodos.
Una posible solución a este problema podría estar en reemplazar el electrolito líquido con electrolitos sólidos que garantizan un buen transporte de iones gracias a un capilar estructura de red de canales interconectados. Exactamente lo que mostraron los investigadores de ETH.
Otra posible aplicación de este material inspirado en las plumas de las aves es en los topos filtros de agua: en este caso lo que es particularmente ventajoso es el relación superficie/volumen, que en estructuras de canales es enorme.
La estructura del nuevo material, explican los científicos, permite eliminar eficazmente las bacterias y los contaminantes del agua y hacerla viajar rápidamente.
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Futuros desarrollos de investigación: probando con polímeros naturales
Una de las grandes ventajas del nuevo método desarrollado en los laboratorios de la ETH Zurich es que el proceso es completamente escalable"En principio se podría utilizar un trozo de plástico gomoso de cualquier tamaño.", Explica Fernández Rico, incluso si entonces "también se necesitarían recipientes y hornos suficientemente grandes.
El nuevo material aún está lejos de estar listo para el mercado: “Si bien el compuesto gomoso es barato y fácil de obtener, la fase oleosa es bastante cara. Se necesitarían un par de alternativas más baratas.”, explica el investigador.
Una solución podría venir de desarrollo de investigación sostenible"Muchos polímeros naturales, como celulosa o quitina, tienen una estructura similar al caucho utilizado en nuestro trabajo”, dice Fernández Rico, y ciertamente constituyen una alternativa más sostenible en comparación con gomas de silicona derivados del petróleo.
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Investigadores del Instituto Federal de Tecnología de Zurich han desarrollado un nuevo material inspirado en la estructura de raras plumas azules (Foto: Envato)
