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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasred 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 abajoWubben Polymer Network2DWPN-1Juan Carlos GilWikipediadifracción de rayos XADNFrancis VillatoroJiang XiaoUniversidad de XinjiangChinaArquitected MaterialInglésMateriales diseñadosMateriales estructuradoscoeficiente de PoissonCaliforniaCaltechPAMSPolycatenated Architected MaterialMateriales estructurados policatenados
Material bidimensional 2DWPN-1
Con
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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.
…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 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 #15materiales 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 #19propiedades 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 las características de los tejidos moleculares, comparándolos con el grafeno y destacando su alta relación superficie-volumen como factor clave para sus propiedades.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #6tejidos moleculares comparados con grafenorelación superficie volumen en tejidos molecularesmateriales bidimensionales entrelazando moléculasjuan carlos gil explica tejidos moleculares…contribuciones y el americano lo único que ha hecho ha sido ayudar a escribir el texto. Está muy bien, no han contado con xagépetes sino con un tipo que sabe inglés. Bueno, el autor principal es Jiang Xiao, está afiliado a la Universidad de Xinjiang en China. Estamos hablando en este caso de tejidos moleculares, ¿vale? Materiales bidimensionales, no como el grafeno, que son un montón de átomos que se van enlazando de forma covalente todos entre sí, sino materiales bidimensionales entrelazando, anudando, entrelazando moléculas. Claro, estos materiales tienen una relación superficie-volumen altísima; esto va a ser clave para sus propiedades, porque son ultrafinos y eso, tienen unas propiedades físicas y químicas derivadas de estas, pues muy muy particulares. Se están estudiando este tipo de cosas; es muy reciente. Los primeros avances fueron del año 2000, cuando se confirmó la viabilidad de esto. Insisto, es moléculas independientes, por ejemplo una cadena muy larga, que se entrelaza con otra y entre las dos se…
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 #1 · Palabras #1red 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…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 #2cristales 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 #5formación material 2dwpn-1tejido que se autocoseeslaboncitos forman tejidoconfiguración de mínima energía francis…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 las propiedades de las estructuras rígidas, destacando su alta resistencia con poco material y mencionando el coeficiente de Poisson negativo, que describe materiales que se expanden en una dirección al ser estirados o comprimidos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17estructuras rígidas alta resistenciacoeficiente poisson negativo materialesexpansión perpendicular al estiramiento…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 coeficiente de Poisson es lo que tienen algunos materiales que si los estiras o los comprimes en una dirección, en la dirección perpendicular sufren el mismo efecto. No sé, si coges una goma y la estiras longitudinalmente se aprieta en el extremo perpendicular; bueno, pues hay materiales que los estiras por un lado y se expanden por el otro, ¿vale? Pues típicamente esto es así. Y tienen otra cosa, bueno quizá un poquito complicada de expresar, que es acoplamiento entre deformaciones por corte y las normales a la dirección de aplicamiento. Es un poquito parecido a lo anterior, pero no es lo mismo, y se me ocurrió cuando miraba lo que…
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 #18nueva clase de materiales pamsmateriales estructurados policatenados gilpolycatenated architected material tres dimensionesmateriales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materiales…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…