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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasnueva clase de materiales pamsmateriales estructurados policatenados gilpolycatenated architected material tres dimensionesmateriales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materialesestructuras complejas materiales pamspartículas entrelazadas evitan colapsofigura 1 del artículo gilPAMSPolycatenated Architected MaterialPolycatenated Architecture MaterialsBAMHéctor SocasJuan Carlos GilArquitected MaterialInglésMateriales diseñadosMateriales estructuradosFrancis VillatoroPenélopeScienceWenjizhuInstituto Tecnológico de CaliforniaMateriales estructurados policatenadosfigura 1materiales PAMSArchitectured MaterialsMayraYouTubeGimliWubben Polymer Network2DWPN-1CaltechCaliforniaUNAMJ4RingC6CO
Polycatenated Architected Material
Con
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Juan Carlos Gil explica la aparición de una nueva clase de materiales, los PAMS, situándolos entre categorías existentes como los discretos y los continuos.
…que se abren y se cierran y que al final tienen un guante de boxeo, ¡pam! Bueno, pues si lo aprietas en una dirección se extiende o se contrae en la otra. Esto es el acoplamiento de formación corte perpendicular, nombres muy complicados. Bueno, pues estos. Materiales han presentado una nueva clase de materiales entre los dos que os he dicho, entre los discretos y los continuos, entre los terrosos y los discretos, entre los discretos y los continuos; quería decir que es lo que han llamado PAMS, P-A-M, de Polycatenated Architected Material, que es exactamente el nombre del artículo: materiales estructurados policatenados en tres dimensiones. Lo que hacen para diseñar estos materiales es partir de redes espaciales conocidas, como las cristalográficas, y asignan a cada nodo del supuesto cristal una unidad constructiva hueca, un chisme, que ellos llaman partícula, que puede ser toros o poliedros abiertos en los que solamente tenemos los vértices. La cosa es que necesitamos huecos para enlazarlos entre sí. Esa es la gracia. En una red cúbica centrada en el cuerpo, por ejemplo, plantan un cubo en cada vértice más pequeñito, pero hueco, solamente con las mallas de los vértices y de las Aristas, pero entrelazados entre sí. Cada uno con los cuatro de arriba, abajo, derecha, izquierda, los seis de atrás, en fin, y eso; así es como forman estos bichos, porque estas partículas se entrelazan. Si no estuviesen entrelazadas, al soltarlas se desmoronarían sobre la mesa. Esto se ve mucho mejor de como lo he explicado en la figura 1 del artículo. Montan una nomenclatura para estos chismes que se están inventando X-N-ABC, donde la X es la recta topológica de la que parten. Usan D para la tipo diamante y B para la cúbica centrada en el cuerpo. B de body, body center. La N del centro es el número de…
Significado #1 · Palabras #1
Héctor Socas anuncia un cambio en el orden de los temas del programa y propone que Juan Carlos Gil hable sobre materiales de diseño, también conocidos como 'Architectured Materials'.
Habla: Héctor SocasSignificado #8materiales de diseño arquitectured materialsjuan carlos gil materiales diseñoincertidumbre tiempo juan carlos gilcomposición química nuevos materialesenlaces atómicos estructura materialestopología organización espacial materiales…6 botellitas de 33 centilitros y me tomé anoche una, hoy me voy a tomar otra y me quedan 4. Francis, bebe con moderación, que es como hay que beber siempre. En cualquier caso, no hay que beber siempre, sino que si se bebe hay que hacerlo en moderación. Bueno. Nada, vamos entonces con los temas y estamos cambiando un poquito el orden. Los mecenas, por ejemplo, que pueden ver nuestro documento con el que planificamos el programa, pues se habrán dado cuenta o se darán cuenta ahora de que no estamos siguiendo el mismo orden. Esto a veces lo cambiamos, da un poco igual, pero en este caso como tenemos algo de incertidumbre sobre el tiempo del que podemos disfrutar de Juan Carlos, pues vamos a aprovecharlo y que nos hable de estos materiales de diseño. Si eres tan amable, Juan Carlos, que yo es la primera vez que oigo esto, porque hablaba, además en inglés se dice, ¿cómo es? Arquitectured, Arquitected, Arquitected Materials. Sí, sí, yo no sabía muy bien cómo traducirlo en español, dije diseño. El español medio me lo he inventado, porque no se dice, bueno, no se llama de diseño. Pues sí, mira, cuando se piensan nuevos materiales o si te pones a diseñar nuevos materiales, solemos tener en cuenta tres factores: la composición química, cómo los átomos se enlazan entre sí y la estructura; vidrios, cristales o si acaso materiales granulares en estado sólido que es lo habitual. Pero hay otra dimensión en esto que a menudo pasa un poquito más desapercibida: que es la topología, la forma en la que los elementos estructurales de aquello que estás montando se organizan y se relacionan en el espacio. Hay ejemplos de materiales que deben parte de su función a su topología, como los fulerenos, que alguna vez hemos mencionado, estas cajas, balones de fútbol, formadas completamente por átomos de carbono, que son capaces de englobar dentro de ellas un grupo…
Juan Carlos Gil explica cómo las propiedades de los nuevos 'Arquitected Materials' o materiales diseñados, no dependen tanto de su composición química como de la relación espacial entre sus pequeñas unidades estructurales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4materiales diseñados relación espacialarquitected materials función estructurapropiedades macroscópicas unidades estructuralesmaterial topológico invariantes matemáticosfrancis villatoro corrige definición materialnúmeros enteros invariantes topológicosinvariantes topológicos fraccionessemi enteros materiales topológicoscarga topológica entera invariantesdivisores modificaciones materiales…para hacer telas, como decía, fibras textiles, redes de pesca, por ejemplo, o las cotas de malla medievales formadas por anillitos, que eran flexibles, no pesaban muchísimo y eran, sin embargo, muy útiles para los espalazos. Bueno, pues estas ideas de Juntar elementos y hacer una estructura que afecta la función últimamente está inspirando una serie de materiales que se llaman así en inglés: Arquitected Material. Yo usaré la palabra diseñados o estructurados en lo que os quiero contar, y la clave es que las propiedades macroscópicas de estos materiales no derivan directamente de su composición sino de la relación entreespacial de los distintos chismitos, unidades estructurales pequeñitas que los forman. Aunque usa la palabra topología, quería también destacar que hay una definición precisa de material topológico, que son aquellos cuyas propiedades físicas están protegidas, por decirlo de alguna forma, por invariantes topológicos matemáticos que no domino yo. Esto, Francis me corregirá, que a menudo, no sé si siempre, bueno, pues están definidos como números enteros. Eso es siempre, Francis, no estoy. En principio sí, lo que pasa es que en algunos invariantes topológicos se usa algún tipo de fracción. A veces son semi enteros o múltiplos de tres. Se podría quitar el divisor porque el divisor es común, pero a veces se mantiene el divisor porque son modificaciones de materiales que tenían la carga topológica entera y entonces al aparecer un caso fraccionario se incorpora también el concepto de que es topología y no se cambia la definición de la carga. Me recordaba a unos conceptos matemáticos que también has discutido tú en el programa, como los nudos o los trenzados, que son objetos puramente matemáticos; o también existen materiales físicos que deriven de eso, no estoy seguro. Bueno, pero que tiene…
Juan Carlos Gil introduce el tema de los 'arquitected materials' o materiales diseñados, mencionando que varios equipos están investigándolos desde diferentes perspectivas para crear materiales entrelazados.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #19propiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlacesarquitected materials equipos investigaciónmateriales diseñados escalas distintasobjetivo crear materiales entrelazados…Bueno, el caso es que haciendo este tipo de barrabasadas topológicas puedes afectar las propiedades electrónicas, como decíamos en los aislantes topológicos, cuánticas, como los superconductores topológicos, o a menudo simplemente mecánicas. A nadie se le escapa que las propiedades de un material sean modificables o emerjan, no de los átomos y sus enlaces, sino de cómo se relacionan las distintas partes del material entre sí. Bueno, pues obviamente es un fenómeno interesantísimo que abre la puerta a una cantidad posible de materiales que eso, que podríamos tunear cuando aprendamos más a hacerlo. Modificando su arquitectura y este tipo de cosas, estos materiales, arquitected materials, materiales diseñados, pues están estudiando por un montón de equipos y desde múltiples ángulos, algunos fascinante Y en este sentido os quería hablar de dos, de dos artículos que hacen este tipo de cosa a escalas muy distintas y con, en fin, mecanismos distintos pero que apuntan al mismo objetivo Crear materiales, en este caso ambos dos, entrelazados Con nuevas propiedades, el primer artículo se titula Monocristales de redes poliméricas, tejidas bidimensionales, autoportantes y puramente orgánicas. Hace mucha gracia cuando en un título de un artículo describes, haces un mini abstract; la verdad. Bueno,…
Juan Carlos Gil explica la evolución de los avances en materiales moleculares entrelazados, señalando que inicialmente dependían de una plantilla metálica para definir su topología.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9materiales moleculares entrelazados plantilla metálicatopología material resultante plantilla órgano metálicostécnica defectos materiales plantillaavances espectaculares artículo…y las vas tejiendo formando esa malla muy similar a un tejido de ropa, está al cual, sí, pero yo no veía ninguna diferencia semántica entre ambos, pero si tú la ves, desde luego yo creo que es mejor tejido; tejido se entiende bastante guay. Bueno, ¿qué pasa? Más que nada por evitar que entrelazamiento tiene esa connotación del entrelazamiento cuántico que queríamos. Nada que ver, venga, pues vamos con tejido. Entonces los primeros avances que se hicieron eso hace 25 años era depositando los chismes que querías entrelazar en una plantilla, una plantilla típicamente metálica o formada por compuestos órgano metálicos con lo cual esto influía decisivamente la topología del material resultante; no se tenía mucho control, la plantilla que ponías era la que marcaba de forma definitiva el bicho que te salía y además sabemos que esa técnica producía materiales con un montón de defectos, un montón brutal de defectos. Bueno, pues en este artículo que os estoy introduciendo se hace un avance espectacular. Los autores han conseguido sintetizar, no entrelazar, sino sintetizar una red tejida, digamos, bidimensional de moléculas orgánicas sin metales, autoportante. Eso significa que es suficientemente fuerte su estructura como para automantenerse. Vamos, que si la…
Juan Carlos Gil comenta sobre un nuevo material llamado 2DWPN-1 y explica su nombre, que alude a ser un material bidimensional con una red polimérica tejida. Describe cómo este material se diferencia de trabajos anteriores al no usar plantillas metálicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15material bidimensional 2dwpn-1red polimérica tejida wubbenenlaces dativos boronitrógenopolimerización in situ moléculas pequeñas…prácticamente libre de defectos. A ver, en mi opinión lo que empaña un poco este fabuloso resultado es el nombre que han elegido para el material 2DWPN-1. Colín, tenemos al teflón, tenemos al rayón. Chico, algo chulo. Bueno, el nombre alude directamente al 2D, a qué es un material bidimensional, y el WPN es un acrónimo de red polimérica tejida, Wubben Polymer Network en inglés. Pues eso, este material no se teje usando plantillas metálicas como en trabajos anteriores, sino que se polimeriza in situ. Y se polimeriza a partir de moléculas pequeñas ya de forma tejida. La clave son los enlaces dativos boronitrógeno; los enlaces dativos es cuando un elemento aporta los dos electrones y otro lo recibe, típicamente en enlaces covalentes cada uno aporta uno, típicamente. De tal forma que estos enlaces boronitrógeno son razonablemente flexibles, lo que van a permitir que la tensión del Tejido no dé al traste con el material que se está, ya os digo, polimerizando y tensando in situ, según se van formando. Esto se hace de forma autoorganizada, no hay catalizadores, no hay plantillas como antes, simplemente las moléculas que se polimerizan,…
Juan Carlos Gil propone nombrar una técnica 'Penélope' en referencia a la mitología griega y comenta sobre la posibilidad de reparar el material con tolueno, haciendo alusión a una idea anterior de Francis Villatoro.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5técnica penélope referencia mitologíareparación material con tolueno francis villatoromateriales arquitectónicos policatenados tridimensionalespublicación en revista science enero…Bueno, pues es una forma de tejido. Son hilos que los pones ahí y ellos mismos dicen: uy, la configuración de mínima energía es formar un tejido. Ni siquiera son hilos al principio, Francis, son eslaboncitos. Y se van formando, bueno, es súper chulo. Habría que llamar esa técnica Penélope Penélope, ¿que se rompía el hilo? ¿No? Cada noche, pero vete a saber si hace lo de Francis, que dice Francis: Si se te raja, si aquello se puede reparar echándole un poquito de tolueno, estaría guay. Bueno, el segundo artículo se llama Materiales arquitectónicos, en inglés, diseñados o estructurados, policatenados tridimensionales. Y este se ha publicado en enero de este año en Science. El primer autor es Wenjizhu; vamos a tener que aprender un poco de chino solo para publicar la vasta cantidad de autores chinos, pero estos son del Instituto Tecnológico de California. Pero yo creo que esto. Es tendencia, en los primeros episodios cuando empezamos a hacer Coffee Break hace 10 años, nombrar un coautor chino era como una cosa exótica y era la comidilla y hacíamos bromas y tal. Ahora ya, hoy en día, es raro el programa en el que no hablemos de paper…
Juan Carlos Gil describe la composición y origen de un artículo científico, destacando que los autores son estadounidenses y provienen principalmente del estado de California, incluyendo instituciones como Caltech.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16artículo científico california caltechmateriales estructurados geometría propiedadesgranulares discretos empaquetados ejemploestructuras rígidas continuas andamios placas…cuando empezamos a hacer Coffee Break hace 10 años, nombrar un coautor chino era como una cosa exótica y era la comidilla y hacíamos bromas y tal. Ahora ya, hoy en día, es raro el programa en el que no hablemos de paper con autores, incluso de primer autor. Chinos o incluso de instituciones chinas. El primer artículo eran instituciones chinas; estos no, estos están en Caltech. Son nueve autores en total y son todos de California: no solo Caltech, también otros centros, pero son todos americanos. Decíamos estos materiales estructurados o diseñados, cuyas propiedades emergen no de la composición sino de la geometría. Son típicamente de dos tipos: o granulares discretos, granulares, bolitas, arena, bolitas empaquetadas por ejemplo; o están formados por estructuras rígidas continuas, típicamente como andamios o barras o placas, quizá unas placas apiladas encima de otras; o como mucho cosas curvas. Ese es el tipo de cosas que típicamente dan estas estructuras rígidas, con lo cual tienen alta resistencia con poco material, por tanto bajo peso. Los hay de coeficiente de Poisson negativo, que he ido a recordar porque reconozco que no lo controlaba. El…
Juan Carlos Gil explica la aparición de una nueva clase de materiales, los PAMS, situándolos entre categorías existentes como los discretos y los continuos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1nueva clase de materiales pamsmateriales estructurados policatenados gilpolycatenated architected material tres dimensionesmateriales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materialesestructuras complejas materiales pamspartículas entrelazadas evitan colapsofigura 1 del artículo gil…que se abren y se cierran y que al final tienen un guante de boxeo, ¡pam! Bueno, pues si lo aprietas en una dirección se extiende o se contrae en la otra. Esto es el acoplamiento de formación corte perpendicular, nombres muy complicados. Bueno, pues estos. Materiales han presentado una nueva clase de materiales entre los dos que os he dicho, entre los discretos y los continuos, entre los terrosos y los discretos, entre los discretos y los continuos; quería decir que es lo que han llamado PAMS, P-A-M, de Polycatenated Architected Material, que es exactamente el nombre del artículo: materiales estructurados policatenados en tres dimensiones. Lo que hacen para diseñar estos materiales es partir de redes espaciales conocidas, como las cristalográficas, y asignan a cada nodo del supuesto cristal una unidad constructiva hueca, un chisme, que ellos llaman partícula, que puede ser toros o poliedros abiertos en los que solamente tenemos los vértices. La cosa es que necesitamos huecos para enlazarlos entre sí. Esa es la gracia. En una red cúbica centrada en el cuerpo, por ejemplo, plantan un cubo en cada vértice más pequeñito, pero hueco, solamente con las mallas de los vértices y de las Aristas, pero entrelazados entre sí. Cada uno con los cuatro de arriba, abajo, derecha, izquierda, los seis de atrás, en fin, y eso; así es como forman estos bichos, porque estas partículas se entrelazan. Si no estuviesen entrelazadas, al soltarlas se desmoronarían sobre la mesa. Esto se ve mucho mejor de como lo he explicado en la figura 1 del artículo. Montan una nomenclatura para estos chismes que se están inventando X-N-ABC, donde la X es la recta topológica de la que parten. Usan D para la tipo diamante y B para la cúbica centrada en el cuerpo. B de body, body center. La N del centro es el número de…
Juan Carlos Gil continúa explicando el diseño de los materiales PAMS, mencionando que se seleccionan ocho topologías representativas desde el J4Ring hasta la C6CO.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19diseño materiales pams j4ringtopologías representativas c6cocuboctahedro poliedro pams…la tipo diamante y B para la cúbica centrada en el cuerpo. B de body, body center. La N del centro es el número de enlaces por partícula: 4, 6, 8 y el ABC da cuenta de la forma del bloque estructural que se repite. Ring para anillo, Tet para tetraedro y así. Entonces, claro existen innumerables topologías posibles. Lo que hacen los tipos es elegir 8 casos representativos desde el J4Ring, 4 anillos en la configuración J, que no recuerdo cuál es, hasta la C6CO, donde la CO de este segundo caso alude al cuboctahedro, otro poliedro que hay por ahí y lo que hacen, bueno, su sueño inicial era hacerlo de. Forma atómica, pero no les daba; han empezado haciéndolo macroscópicamente. Usan herramientas CAD para diseñar estas estructuras y las imprimen en 3D. Cada elemento, como el cubo octaedro o los anillos, tienen nada, un par de milímetros; son realmente muy…
Juan Carlos Gil describe las propiedades mecánicas de los materiales PAMS, explicando cómo su comportamiento varía según el grado de conexión entre sus componentes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10materiales pams comportamiento arenacizalladura materiales pams dualidad…materiales presentan una combinación extraña, no habitual de comportamientos mecánicos propios de los sólidos; es decir, por ejemplo, absorben energía cuando se comprimen, ¿vale? Pero también a veces muestran características propias de los fluidos granulares. Cuando las piezas todavía no están dominadas por su conexión, pues se comportan como arena, ¿no? Por ejemplo, cuando se les aplica cizalladura; y esto es lo que mola, esta dualidad de comportamiento rígido y fluido, y que además se puede tunear cambiando el tipo de particulita o la forma de la red, da una flexibilidad brutal y se puede controlar para la aplicación que se quisiese usar. Puedes dotarle de mayor deformabilidad si lo que estás buscando es eso, cosas que deben adaptarse a la forma del container o de lo que sea. Puedes darles capacidades de mayor absorción de energía, por ejemplo para amortiguadores, o mayor rigidez si lo que…
Héctor Socas menciona un paper que ha leído y relata un momento de inspiración en el equipo de autores, donde decidieron nombrar a sus materiales 'Polycatenated Architecture Materials', abreviado como BAM.
Habla: Héctor SocasSignificado #2 · Palabras #2polycatenated architecture materials bammomento de revelación autores bamnombres materiales arquitectura policatenada…si nos puedes pasar la referencia de esos vídeos, porque veo en el chat que hay gente preguntándose dónde estarán esos vídeos. Vale. Los incluimos con las referencias en la página web. Ahora mismo paso yo también en la URL cuando acabe de hablar. Y yo no. he leído este paper, pero no tengo pruebas, pero tampoco dudas que hubo un momento de revelación cuando uno de los autores se giró a los demás y le dijo ya sé cómo llamar a estas cosas, las llamaremos Polycatenated Architecture Materials, ¡Bam! ¡Bim! Podría haber sido. Y todos dijeron, ¡hágase! Los nombres y la cierta, ya sabes. Bueno, pues voy concluyendo, ¿por qué me ha parecido interesante lo que cuentan estos artículos? Bueno, pues que ambos dos son importantes avances, a mi modo de ver, en esto de la ingeniería de materiales tejidos, que diría Francis, pero obviamente a diferentes…
Juan Carlos Gil continúa la explicación sobre los materiales PAMS, comparándolos con las mallas medievales y destacando su comportamiento intermedio entre sólidos rígidos y materiales granulares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14redes tridimensionales como sólidosmateriales granulares comportamiento fluidorobótica blanda aplicaciones pamsestructuras con amortiguación inteligente…materiales tejidos, que diría Francis, pero obviamente a diferentes escalas y con distintas aproximaciones. Los PAMS recuerdan de alguna forma las mallas medievales, lo que pasa que estamos hablando de 3D. La cota de maya. La cota de maya de... Gimli es el... Gimli es el de la escena graciosa, el enano. El enano, Gimli. ¿Qué pasa? Que en este caso son redes tridimensionales de cositas entrelazadas y recordad que pueden comportarse como casi sólidos o como casi fluidos, no son tan rígidos como un cristal ni tampoco tan libres como un material granular, están ahí en un espacio intermedio y eso siempre es bueno para tener más opciones para hacer materiales. Aventuran en los autores, creo que no en el artículo, sino en una rueda de prensa, bueno, pues que podrían tener aplicaciones en robótica blanda, que está pegando muy fuerte, en materiales sensibles a estímulos, en amortiguación inteligente o en estructuras que necesiten Reconfigurarse. Por otro lado, teníamos estos tejidos 2D que son verdaderas láminas moleculares con patrones de tejidos de toda la vida. Hemos hecho biomimesis antes de saber que existía eso en la naturaleza y resultan chismes flexibles, autoportantes; esto…
Juan Carlos Gil resume la importancia del diseño de materiales, indicando que ahora depende no solo de la química sino también de la geometría y topología.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12diseño de materiales geometría topologíaunidades estructurales diseño de materialesmayra busca videos youtube…autoportantes; esto es fundamental porque si no, no tendría ningún tipo de aplicación y podrían eventualmente usarse en electrónica flexible, en sensores químicos muy chiquititos o en membranas selectivas que dejasen pasar a unas cosas y a otras cosas. En ambos casos el mensaje global es parecido. El diseño de materiales ya no depende solo de la química, sino también de la geometría, de la topología, de cómo se relacionan las unidades estructurales. Y hasta aquí lo que os quería contar. Hasta aquí puedo leer, que decía Mayra. Busco los vídeos. Los he publicado yo ya en el chat de YouTube. Pues nada, yo creo que es buen momento aquí para hacer la pausita Les recuerdo que este programa, la grabación, la emitimos en directo por YouTube Así que quien quiera puede conectarse los jueves a las 4 horas españolas o España Peninsular, las 3 horas…