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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasmateriales 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 materialesnudos y trenzados matemáticosfísica de estado sólido materia condensadaproteínas y adn como macromoléculasartículos anudando adnmanipulación topológica materialespropiedades electrónicas aislantes topológicossuperconductores topológicos propiedades cuánticaspropiedades mecánicas manipulación topológicapropiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlacesArquitected MaterialInglésMateriales diseñadosMateriales estructuradosJuan Carlos GilCaltechCaliforniaUNAMMayraYouTubecoeficiente de Poissonmateriales PAMSADNFrancis VillatoroPAMSMateriales estructurados policatenadosMajoranaJuan Manuel CruzJiang XiaoUniversidad de XinjiangChinafigura 1
Materiales estructurados geometría propiedades
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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.
…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 cierta conexión. En física de estado sólido o en materia condensada podemos trenzar ciertas propiedades del material. No es un trenzado físico del material, sino que es un trenzado de ciertas propiedades, la estructura de bandas, etc. Vale, entonces sí que ahí se podría hablar de materiales topológicos posiblemente. Sí, claro, con macromoléculas, como pueden ser tanto proteínas, como ADN, como muchos otros polímeros, si se puede hacer un trenzado, anudar y hacer cosas por el estilo. Se han publicado artículos anudando ADN, por ejemplo. Sí, bueno, el ADN daría para 27. 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…
Significado #3 · 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 #5composición química nuevos materialesenlaces atómicos estructura materialestopología organización espacial materialesfulerenos cajas formadas carbonoaislantes topológicos conducen superficie aislantesuperconductores topológicos borde estados majoranaqubits ordenadores cuánticos francis…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 funcional. o cosas más cercanas a lo que nos suele contar Francis como los aislantes topológicos que conducen la electricidad por su superficie mientras que su interior es aislante o los superconductores topológicos, que el volumen globalmente es superconductor mientras que el borde puede abelgar una serie de estados robustos como los de Majorana que a veces ha hablado eso, Francis, como posible uso eventual una vez que se detecten, que creo que la cosa todavía está por ahí, pues es un uso eventual como qubits de ordenadores cuánticos Una estrategia topológica que se ha usado desde tiempos ancestrales para dotar a determinados materiales de resistencia, flexibilidad y adaptabilidad A formas es el entrelazado. El entrelazado, el tejido, si queréis, lo que es hacer telas con hilos, que ha sido usado desde hace mogollón para hacer telas, como decía, fibras textiles, redes de pesca, por ejemplo, o las cotas de malla medievales formadas por…
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 #3 · Palabras #1materiales 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 materialesnudos y trenzados matemáticosfísica de estado sólido materia condensadaproteínas y adn como macromoléculasartículos anudando adnmanipulación topológica materialespropiedades electrónicas aislantes topológicossuperconductores topológicos propiedades cuánticaspropiedades mecánicas manipulación topológicapropiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlaces…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 cierta conexión. En física de estado sólido o en materia condensada podemos trenzar ciertas propiedades del material. No es un trenzado físico del material, sino que es un trenzado de ciertas propiedades, la estructura de bandas, etc. Vale, entonces sí que ahí se podría hablar de materiales topológicos posiblemente. Sí, claro, con macromoléculas, como pueden ser tanto proteínas, como ADN, como muchos otros polímeros, si se puede hacer un trenzado, anudar y hacer cosas por el estilo. Se han publicado artículos anudando ADN, por ejemplo. Sí, bueno, el ADN daría para 27. 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 #17tejidos 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 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 #1 · Palabras #3artículo científico california caltechmateriales estructurados geometría propiedadesgranulares discretos empaquetados ejemploestructuras rígidas continuas andamios placasestructuras rígidas alta resistenciacoeficiente poisson negativo materialesexpansión perpendicular al estiramiento…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 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 cómo se diseñan los nuevos materiales PAMS, describiendo que parten de redes espaciales conocidas como cristales y asignan a cada nodo una unidad constructiva hueca llamada 'chisme' o partícula.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11materiales 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 explica cómo se pueden modificar las propiedades de los materiales PAMS para adaptarlos a diferentes aplicaciones.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #9materiales pams adaptados aplicacionesdeformabilidad materiales pams containerabsorción energía amortiguadores pamsrigidez estructuras materiales pams…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 planteas es un uso de este material para hacer estructuras. En la última parte. Del artículo hacen unos poquitos de estos pumps a microescala. Es otra técnica; utilizan litografía de dos fotones, hacen cositas de un par de milímetros y comprueban que estos mini pumps tienen las mismas propiedades que sus hermanos mayores. Pero como la…
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 #4 · Palabras #13diseño 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…
Juan Carlos Gil responde a una pregunta de Juan Manuel Cruz sobre si el caucho es un material topológico, explicando que no lo es debido a la falta de invariantes numéricos enteros, pero sí comparte características con los temas discutidos anteriormente.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19 · Palabras #15caucho material topológico juan manuel cruzinvariante números enteros cauchovulcanizado propiedades increíbles cauchovulcanizado espuma látex disulfuropuentes disulfuro resistencia superiormaterial topológico indicios tejidos…y me fusilen a preguntas, porque siempre me pasa. Y que si se llama Vivianita, malo será que no haya un poco de vivividilla, ¿no? Exacto, exacto. Recordar que es el apellido de Vivian. Sí, es el apellido del tipo. Hay criaturas vivíparas y ovíparas, ¿no? Pues ya sabemos cómo son las de Marte y ovovivíparas. Es verdad, pero son muy raras. Bueno, venga. Pues, caramba. Coge otra pregunta, la que sea. Juan Manuel Cruz pregunta: ¿se puede decir que el caucho es un material topológico? Así es la mirante, pues no, porque no tiene un invariante de números enteros de una propiedad, no sé qué, pero sí que tiene un rollo de lo que hemos estado hablando, lo que pasa es que no está dirigido, la estructura no está dirigida para formar sus propiedades, pero sí que son cadenas muy largas que se entrelazan entre ellas de forma amorfamente, eso no dirigida, y que da lugar a sus propiedades realmente increíbles, su flexibilidad, su número de Young muy bajo y también recordemos el proceso del vulcanizado. ¿Os acordáis? El vulcanizado es un tratamiento que se le hace a la espuma de látex, de tal forma que se establecen puentes de disulfuro entre las distintas cadenas entrelazadas que le dan una resistencia todavía superior. O sea, no se puede decir desde luego que sea un material topológico, pero bueno, tiene unos indicios de lo que hemos estado hablando de tejidos que afianza el hecho de que la función y las propiedades de un material macroscópico no dependen solo de su estructura química. Hay varios niveles de complejidad. Exactamente. Muy bien. A ver, Borja, por ejemplo, esas rocas, que no entiendo muy bien la redacción, la parte final, pero bueno. Pregunta Javier García Peláez: ¿Esas rocas no pueden ser cristalización distintas con erosión por radiación en 3 millones de años o así? ¿Y naranjas, dos…