Material polimérico que se vuelve rígido o blando dependiendo de la luz que recibe

Se ha creado un nuevo material que puede cambiar varias veces y de manera reversible su estructura en respuesta a diferentes longitudes de onda de luz, pasando de ser una sustancia rígida a convertirse en otra blanda, y en cada uno de esos estados, el material actúa como si fuera uno completamente diferente, a pesar de que está hecho con los mismos ingredientes. Además, es capaz de repararse a sí mismo cuando sufre daños.

El asombroso material es obra del equipo de Jeremiah Johnson y Yuwei Gu, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos.

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Muchas de las propiedades de los polímeros, como su rigidez y su capacidad de expandirse, están controladas por su topología (cómo están dispuestos los componentes del material). Normalmente, una vez se forma un material, su topología no puede cambiarse de forma reversible. Por ejemplo, una pelota de goma permanece elástica y no puede volverse rígida y quebradiza sin cambiar su composición química.

Johnson y sus colegas se propusieron crear un material que pudiera conmutar de manera reversible entre dos diferentes estados topológicos, algo que nunca antes se había logrado. Tras examinar diversas opciones teóricas, llegaron a la conclusión de que un tipo de material que diseñaron hace unos pocos años era un candidato prometedor para este enfoque. Los materiales de esta clase, llamados PolyMOCs, consisten en estructuras parecidas a jaulas que contienen metales, y que están unidos por enlazadores flexibles de polímeros.

Cada átomo de metal, en este caso paladio, puede formar enlaces con cuatro moléculas que actúan de ligandos, creando cúmulos rígidos en forma de jaula con proporciones variables de paladio respecto a las moléculas ligando. Estas proporciones determinan el tamaño de las jaulas.

El nuevo material puede conmutar de forma reversible entre una configuración basada en una estructura grande (esferas de color naranja) y otra basada en formas más pequeñas (mostradas en azul), dependiendo del tipo de luz que se proyecte sobre él. (Imagen: Demin Liu / Molgraphics)

En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron diseñar un material que pudiera conmutar de forma reversible entre dos tamaños diferentes de jaula: una con 24 átomos de paladio y 48 ligandos, y una con 3 átomos de paladio y 6 moléculas ligando.

Para lograrlo, incorporaron al ligando una molécula sensible a la luz llamada DTE. El tamaño de las jaulas está determinado por el ángulo de los enlaces que una unidad de nitrógeno en el ligando forma con el paladio. Cuando la DTE es expuesta a la luz ultravioleta, forma un anillo en el ligando, lo que incrementa el tamaño del ángulo con el que el nitrógeno puede enlazarse con el paladio. Esto hace que los cúmulos se descompongan y formen otros mayores.

Cuando los investigadores iluminan el material con luz verde, el anillo se rompe, el ángulo de enlace disminuye, y vuelven a formarse cúmulos pequeños. El proceso necesita cinco horas para completarse, y los investigadores han constatado que solo puede llevarse a cabo la inversión hasta en siete ocasiones; con cada inversión, un pequeño porcentaje de los polímeros no consigue volver al estado anterior, lo que al final causa que el material se descomponga.

En el futuro, los materiales como este podrían utilizarse para recubrir objetos como coches o satélites, proporcionándoles la capacidad de autorreparar su estructura externa después de resultar dañados.

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