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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasmateriales moleculares entrelazados plantilla metálicatopología material resultante plantilla órgano metálicostécnica defectos materiales plantillaavances espectaculares artículored bidimensional moléculas orgánicassíntesis red autoportante 2dwpn-1estructura libre de defectos colínmaterial bidimensional 2dwpn-1red polimérica tejida wubbenenlaces dativos boronitrógenopolimerización in situ moléculas pequeñasmaterial 2dwpn-1 autoorganizadomoléculas polimerizadas disolvente efectotejido sarga tecnología textilpatrón dos arriba y dos abajoWikipediaJuan Carlos Gil2DWPN-1Wubben Polymer NetworkFrancis Villatorodifracción de rayos XADNArquitected MaterialInglésMateriales diseñadosMateriales estructuradosfigura 1materiales PAMSPAMSMateriales estructurados policatenadosfigura 2
Material 2DWPN-1 autoorganizado
Con
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Juan Carlos Gil explica cómo se forma el material 2DWPN-1, destacando que el proceso es autoorganizado y no requiere catalizadores ni plantillas metálicas, a diferencia de métodos anteriores.
…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 coges así colgando no se destruye y además 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, que son dos, razonablemente pequeñas y el disolvente, que curiosamente tiene bastante efecto en el éxito de la reacción, os lo cuento luego. Bueno, la red resultante tiene un patrón de tipo dos arriba y dos abajo, que es algo muy conocido, de hecho en tecnología textil se llama tejido sarga, tal cual. Lo podéis buscar en la Wikipedia y lo vais a ver mucho mejor de la pobre descripción que os voy a tratar de hacer yo. Existen unos hilos, y utilizo nomenclatura textil, que yo he aprendido a mirar Wikipedia, que se llaman de trama. Que pasan alternativamente por encima de dos hilos perpendiculares que se llaman de urdimbre. Entonces pasan por dos por encima y dos por debajo, dos por encima y dos por abajo. Por eso, eso es lo que…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica cómo se consideran factores como la composición química, los enlaces atómicos y la estructura al diseñar nuevos materiales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8composición química nuevos materialesenlaces atómicos estructura materialestopología organización espacial materiales…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 #10materiales diseñados relación espacialarquitected materials función estructurapropiedades macroscópicas unidades estructurales…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.…
Juan Carlos Gil explica que las propiedades de los materiales dependen de cómo se relacionan sus partes, no solo de los átomos y enlaces.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12propiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlaces…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…
Juan Carlos Gil explica cómo se forma el material 2DWPN-1, destacando que el proceso es autoorganizado y no requiere catalizadores ni plantillas metálicas, a diferencia de métodos anteriores.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1materiales moleculares entrelazados plantilla metálicatopología material resultante plantilla órgano metálicostécnica defectos materiales plantillaavances espectaculares artículored bidimensional moléculas orgánicassíntesis red autoportante 2dwpn-1estructura libre de defectos colínmaterial bidimensional 2dwpn-1red polimérica tejida wubbenenlaces dativos boronitrógenopolimerización in situ moléculas pequeñasmaterial 2dwpn-1 autoorganizadomoléculas polimerizadas disolvente efectotejido sarga tecnología textilpatrón dos arriba y dos abajo…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 coges así colgando no se destruye y además 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, que son dos, razonablemente pequeñas y el disolvente, que curiosamente tiene bastante efecto en el éxito de la reacción, os lo cuento luego. Bueno, la red resultante tiene un patrón de tipo dos arriba y dos abajo, que es algo muy conocido, de hecho en tecnología textil se llama tejido sarga, tal cual. Lo podéis buscar en la Wikipedia y lo vais a ver mucho mejor de la pobre descripción que os voy a tratar de hacer yo. Existen unos hilos, y utilizo nomenclatura textil, que yo he aprendido a mirar Wikipedia, que se llaman de trama. Que pasan alternativamente por encima de dos hilos perpendiculares que se llaman de urdimbre. Entonces pasan por dos por encima y dos por debajo, dos por encima y dos por abajo. Por eso, eso es lo que…
Juan Carlos Gil describe la obtención de cristales de 2DWPN-1, un material amarillo que se puede exfoliar fácilmente en monocapas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5cristales 2dwpn1 amarillo exfoliadomonocapas centrimétricas manipuladasmicroscopía electrónica de barrido 2dwpn-1espesor capa material 2dwpn-1 angstromscomparación espesor 2dwpn-1 adn angstromsdifracción rayos x grupo espacial ortorrómbicocriomicroscopía electrónica figura 4 artículosíntesis material 2dwpn-1 toluenosustitución tolueno por metasilenometasileno anillo bencénico disposición meta…Entonces pasan por dos por encima y dos por debajo, dos por encima y dos por abajo. Por eso, eso es lo que caracteriza a este tejido sarga o dos arriba, dos abajo. Esto da lugar a una estructura característica que habréis visto en miles de tejidos por ahí. Bueno, pues con esta cosa tan sencilla obtuvieron cristales centimétricos, o sea, se ven; puedes coger con los deditos del 2DWPN1 este, es de color amarillo y se exfoliaba, o sea, tú tenías un cristal por apilamiento de tejidos, este, como si hiciese mucho frío y te pusieses muchas capas. Pero bueno, que se exfoliaba fácilmente en monocapas y luego esas monocapas centrimétricas se podían manipular; las cogían con unas pinzitas y se las llevaban al portaobjetos del microscopio, en fin. Caracterizaron el material mediante microscopía electrónica de barrido, lo que reveló el apilamiento en capas, que por otra parte era obvio porque se te deshacían las capas en los dedos. Microscopía de fuerza atómica, y esto permitió medir el espesor de cada capa que resultó ser de 13 angstroms. Por comparación, el grafeno son 3,5 angstroms porque es solamente el átomo de carbono desnudo. Y por ejemplo, el diámetro del ADN son 20 angstroms, estos son 13, o sea que es un buen abriguito para el ADN, es comparable. Luego hicieron difracción de rayos X en el monocristal, que arroja un grupo espacial ortorrómbico, bueno, y finalmente imágenes directas con criomicroscopía electrónica, que obviamente confirma el patrón que se puede mirar, y parece la figura 4 del artículo la recomiendo especialmente, porque es flipante, o sea, tú parece que estás mirándote a la camisa, es tal cual, los hilitos dos por encima y dos por abajo se ven perfectamente. Lo que os anticipaba del disolvente, usan tolueno, que es un anillo bencénico, ¿os acordáis de los seis átomos de carbono con los electrones conjugados y un metilo colgando? Eso es el tolueno. Vale, pues si eso lo sustituyes por metasileno, que es muy parecido, un anillo bencénico con dos metilos colgando en disposición meta, que es a 120 grados. Se polimeriza, se hace lo mismo, pero la red resultante no está tejida; no pasan por encima y por abajo, sino solamente por encima, con lo cual se te desmorona. Es decir, son los efectos estéricos de ese doble metilo del disolvente el que, vete tú a saber…
Juan Carlos Gil continúa explicando el proceso de formación del material 2DWPN-1, comparándolo con un tejido que se forma por sí solo.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3moléculas pequeñas efecto disolventeorganización molecular bajo disolventeformación material 2dwpn-1tejido que se autocoseeslaboncitos forman tejidoconfiguración de mínima energía francis…por encima, con lo cual se te desmorona. Es decir, son los efectos estéricos de ese doble metilo del disolvente el que, vete tú a saber cómo, consigue que la polimerización resulte de esa forma tan precisa y con tan pocos defectos. O sea, esto está llamando. a gritos, me está pidiendo el cuerpo hacer una simulación, si es posible, mecano cuántica para que sea precisa, ojalá estemos, en fin, seamos capaces de acceder a este tipo de simulación porque es fascinante O sea, si imagináis, estamos poniendo moleculitas realmente pequeñas y por el efecto del disolvente se van organizando para pasar, ahora te toca a ti, ahora voy yo, bueno, sin una proteína, sin una enzima que dirija aquello Fijaros, es un tejido que se autocose, que se autoteje. 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…
Juan Carlos Gil explica cómo se forman las estructuras complejas de los nuevos materiales PAMS, comparándolas con partículas entrelazadas que evitan el colapso.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #16materiales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materialesestructuras complejas materiales pamspartículas entrelazadas evitan colapsofigura 1 del artículo gil…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 describe el proceso de fabricación de los materiales PAMS tras la impresión 3D, explicando cómo las piezas se liberan de una red de soporte y se dejan relajar.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20impresión 3d materiales pamsredes de soporte disolventepartículas conectadas impresión 3drelajación por gravedad piezas pams…viene bien porque cuando hacen los ensayos mecánicos, si se pasan de frenada, pues el material se rompe claramente; es fácil de ver y no hay efectos plásticos que se deformen y estén midiendo lo que no debes. Así que lo explican muy bien en el artículo, por Eso eligen este material. Obviamente durante la impresión 3D las piezas, las mini piezas, las partículas están conectadas con unas redes de soporte que llaman muy finitas, que luego tienen que pasar por disolvente para matarlas y que se te queden las pececillas sueltas. Entonces las sacan de este disolvente, ya se han soltado y las dejan relajar por gravedad; al principio están así, infladitas, y las ponen en la mesa y se van aplastando hasta que adoptan la configuración de mínima energía. Esto se ve bien en la figura 2. Bueno, pues los autores les hacen un montón de barrabasadas a estas esponjitas, a los ocho ejemplos que han impreso, mediante compresión, ya sabéis, simplemente ver cómo se resisten al aplastamiento. Pruebas de cizalladura, que es como se deslizan unas capas…