No se necesita pegamento para mantener estos materiales unidos, solo electricidad

¿Existe alguna manera de unir materiales duros y blandos sin cinta, pegamento, epoxi ni ningún otro producto?

En un nuevo estudio, llevado a cabo por Wenhao Xu, Srinivasa R. Raghavan y Faraz A. Burni, de la Universidad de Maryland en College Park, Estados Unidos, se ha demostrado que aplicar una pequeña tensión eléctrica a determinados objetos forma enlaces químicos que los unen de forma segura, y luego, el invertir la dirección del flujo de electrones separa fácilmente los dos materiales. Este efecto de electroadhesión podría ayudar a crear robots biohíbridos, mejorar los implantes biomédicos y habilitar nuevas tecnologías de baterías.

Cuando se utiliza un adhesivo para pegar dos objetos, las superficies se unen mediante fuerzas mecánicas o electrostáticas. Pero a veces esas atracciones o lazos son difíciles, si no imposibles, de deshacer. Como alternativa, se están explorando métodos de adhesión reversibles, como la electroadhesión (EA). Si bien el término se utiliza para describir algunos fenómenos diferentes, una definición consiste en pasar una corriente eléctrica a través de dos materiales, lo que hace que se unan entre sí, gracias a las atracciones o a los enlaces químicos.

Anteriormente, Srinivasa Raghavan y sus colegas demostraron que la EA puede mantener unidos materiales blandos con carga opuesta, e incluso utilizarse para construir estructuras simples. Esta vez, querían ver si la EA podía unir de forma reversible un material duro, como el grafito, a un material blando, como el tejido animal.

El equipo evaluó primero la EA con dos electrodos de grafito y un gel de acrilamida. Se aplicó un voltaje pequeño (5 voltios) durante unos minutos, lo que hizo que el gel se adhiriera permanentemente al electrodo con carga positiva. El enlace químico resultante era tan fuerte que, cuando uno de los investigadores intentó separar las dos piezas de un tirón, el gel se rompió antes de separarse del electrodo.

Sin embargo, cuando se revirtió la dirección de la corriente, el grafito y el gel se separaron fácilmente y, en su lugar, el gel se adhirió al otro electrodo, que ahora estaba cargado positivamente. Se realizaron pruebas similares con diversos materiales (metales, varias composiciones de gel, tejidos animales, frutas y verduras) para determinar la ubicuidad del fenómeno.

Estos materiales blandos (pollo a la izquierda y tomate a la derecha) se adhieren permanentemente a las superficies duras simplemente pasando electricidad a través de ellos. (Imagen: adaptada de ACS Central Science 2024, DOI:10.1021/acscentsci.3c01593. CC BY)

Los autores del estudio hallaron que, para que se produzca la EA, el material duro necesita conducir electrones, y el material blando necesita contener iones de sal. Plantearon la hipótesis de que la adhesión surge de los enlaces químicos que se forman entre las superficies después de un intercambio de electrones. Esto podría explicar por qué algunos metales que mantienen fuertemente sus electrones, incluido el titanio, y algunas frutas que contienen más azúcar que sales, incluidas las uvas, no se adhirieron en algunas situaciones. Un experimento final demostró que la EA puede producirse completamente bajo el agua, lo que revela una gama aún más amplia de posibles aplicaciones. La línea de investigación y desarrollo que ahora se abre podría desembocar en la creación de nuevas baterías, ampliar el alcance de la robótica biohíbrida, mejorar los implantes biomédicos y mucho más.

El estudio se titula "Reversibly Sticking Metals and Graphite to Hydrogels and Tissues". Y se ha publicado en la revista académica ACS Central Science. (Fuente: American Chemical Society)