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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 abajoJuan Carlos GilWubben Polymer Network2DWPN-1WikipediaFrancis VillatoroMajoranaMayraYouTubePAMSMateriales estructurados policatenadosJ4RingC6COArquitected MaterialInglésMateriales diseñadosMateriales estructuradosCADUNAM
Topología material resultante plantilla órgano metálicos
Con
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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.
…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 #3 · Palabras #15composición 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…
Francis Villatoro aclara que algunos invariantes topológicos utilizan fracciones, como semi enteros o múltiplos de tres, para modificar materiales con carga topológica entera.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5materiales 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 continúa explicando cómo la manipulación topológica de materiales puede influir en sus propiedades físicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2manipulación topológica materialespropiedades electrónicas aislantes topológicossuperconductores topológicos propiedades cuánticaspropiedades mecánicas manipulación topológicapropiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlacesarquitected materials equipos investigaciónmateriales diseñados escalas distintasobjetivo crear materiales entrelazados…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 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 #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 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 materiales…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…
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 GilPalabras #13diseño materiales pams j4ringtopologías representativas c6cocuboctahedro poliedro pamsestructuras pams diseñadas con cadimpresión 3d de elementos octaedromallas macroscópicas de milímetrosfabricación de materiales 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 chiquititas, pero imprimen 100%, un montonazo de ellas de tal forma que las estructuras resultantes, las mallas, son macroscópicas; son como de 5 por 5 por 5 centímetros y hay. Un montón de vídeos que al final es lo que os recomiendo que miréis. Los vídeos están en abierto, el artículo es cerrado pero los vídeos están en abierto y los manipulan con las manos y es una chulada. Utilizan una resina acrílica aposta porque es rígida y…
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 #7 · Palabras #6diseño 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…