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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 abajotejido sarga trama y urdimbrewikipedia estructura del tejido sargaurdimbre hilos perpendiculares sargaWubben Polymer Network2DWPN-1Juan Carlos GilNature ChemistryJiang XiaoUniversidad de XinjiangChinaFrancis VillatoroWikipediaGimlimateriales PAMSADNPAMSfigura 2
Red polimérica tejida wubben
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 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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando el concepto de 'entrelazado' como una estrategia topológica utilizada en el diseño de materiales, comparándolo con la fabricación de telas y redes de pesca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #4entrelazado como estrategia topológicatejido comparado con telasredes de pesca medievales formadascotas de malla flexibles…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 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…
Francis Villatoro relaciona los conceptos de nudos y trenzados matemáticos con la física de estado sólido y la materia condensada, mencionando ejemplos como proteínas y ADN.
Habla: Francis VillatoroSignificado #12nudos y trenzados matemáticosfísica de estado sólido materia condensadaproteínas y adn como macromoléculasartículos anudando adn…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.…
Juan Carlos Gil comenta sobre un artículo científico publicado en Nature Chemistry, destacando su título descriptivo y la colaboración internacional entre investigadores chinos y uno americano.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17 · Palabras #2artículo monocristales redes poliméricaspublicación nature chemistry julio 2024colaboración investigadores chinos americanojiang xiao universidad xinjiang china…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, este se publicó en julio de 2024 en Nature Chemistry, que está muy bien. Los autores son 14 chinos y un americano, que me he ido a la sección de 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,…
Francis Villatoro y Juan Carlos Gil discuten sobre el uso de los términos 'entrelazamiento' y 'tejido' para describir la estructura de materiales moleculares.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4 · Palabras #5tejido de moléculas superficieentrelazamiento versus tejido molecularmalla similar a un tejido ropa…una combinación de las de ambas moléculas. Es realmente increíble; es como el fulereno que englobaba otra molécula y por tanto viajan juntas, pero esto a nivel hasta macroscópico entrelazándolo. Juan Carlos, quizás en lugar de la palabra entrelazamiento se Podría utilizar la palabra tejido, ¿no? Estás tejiendo una superficie a base de moléculas más o menos en forma de hilos 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…
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 abajotejido sarga trama y urdimbrewikipedia estructura del tejido sargaurdimbre hilos perpendiculares sarga…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 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…
Juan Carlos Gil explica las consecuencias de sustituir tolueno por metasileno en el proceso de polimerización del material.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #7polimerización material tolueno metasilenored resultante no tejidaefectos estéricos disolvente polimerización…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 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…
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 #3 · Palabras #10formación 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 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…
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 #10pams y mallas medievalesfrancis y diferentes escalasredes tridimensionales como sólidosmateriales granulares comportamiento fluidorobótica blanda aplicaciones pamsestructuras con amortiguación inteligentetejidos bidimensionales molecularesbiomimesis patrones de tejidoláminas moleculares flexibles autoportanteselectrónica flexible juan carlos gil…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 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 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…