Autores:
Gabriel Pinto Cañón, Andrés Díaz Lantada, Manuela Martín Sánchez, María Teresa Martín Sánchez y Víctor Manuel Díaz Lorente
Los materiales “inteligentes” designan un conjunto de materiales que responden a distintos estímulos con un cambio de propiedad de forma reversible. Hay con memoria de forma (estímulos térmicos producen una respuesta mecánica, es decir, deformaciones), termocrómicos (cambian de color con la temperatura) o hidrogeles (cambian de dimensiones en función de la cantidad de agua que absorben), entre otros. Como curiosidad, se están desarrollando aviones que modifican su forma según las condiciones atmosféricas. Dentro de los materiales inteligentes hay un amplio grupo de polímeros (normalmente designados plásticos). En este experimento se trabaja con tres tipos de plásticos inteligentes:
(i) Con memoria de forma. Se observa cómo envases habituales (por ejemplo de yogur) de poliestireno, se relajan de las tensiones que sufrieron en su proceso de fabricación, recobrando una forma plana, al calentarlos por encima de 130ºC. Se justifica por la existencia de una temperatura de “transición vítrea”, a partir de la cual el material deja de ser duro y quebradizo para pasar a ser elástico y flexible al permitirse cierta movilidad de las macromoléculas. Se sugiere el empleo de una caja metálica de té o un bote de bebida cortado de forma adecuada, que permiten alojar el envase de yogur (ver video en enlaces). En la figura 1 se ilustra una aplicación tecnológica (pinza activada por cambio de temperatura).
(ii) Superabsorbentes de agua (capaces de absorber agua hasta 1000 veces su masa). La aplicación más conocida es en la fabricación de pañales y son. El más habitual es el poliacrilato de sodio, que contiene grupos funcionales hidrófilos. Se puede observar cómo se hinchan (estudiando la influencia de la temperatura, concentración y otras variables en la cinética de hidratación) distintos dispositivos comerciales. Con “perlas de agua” de floristería se puede explicar el empaquetamiento hexagonal compacto (máxima eficiencia) de esferas y defectos de los sólidos. Otro ejemplo didáctico: en un vaso en el que, aparentemente, sólo hay agua, en realidad hay “perlas de agua” incoloras o (más sorprendente) una esfera de de unos 8 cm de diámetro (ver Figura 2); se debe a que el índice de refracción del agua y el del material hinchado son análogos. Un efecto espectacular es la preparación in situ de “nieve artificial” (empleada en cinematografía). Cuando se “toca” esa nieve artificial (ver Figura 3) se nota frescor (se debe al calor absorbido en la evaporación del agua).
(iii) Termocrómicos. Se observa cómo ciertos dispositivos comerciales (como pajitas) cambian de color al variar la temperatura (se emplea por ejemplo para determinar si la temperatura de un biberón es adecuada). La propiedad no se debe al polímero, sino a la presencia de colorantes tipo “leuco.
En resumen, se pretende que a través de una actividad que para muchos participantes puede ser “sorprendente” y aparentemente “mágica”, se introduzcan aspectos sobre nuevos materiales (plásticos inteligentes) que se usan en la vida cotidiana.
¿Qué se pretende demostrar?
1. Introducir lo que es un plástico (como caso particular de material) denominado inteligente y a qué se deben sus peculiares propiedades.
2. Presentar cómo se aplican este tipo de materiales al diseño de dispositivos inteligentes.
3. Sugerir ejemplos de aplicación de algunos plásticos inteligentes a la explicación de fenómenos fisicoquímicos.
Dirigido a:
Gran público, secundaria y Universidad
Materiales necesarios:
– Calentador o mechero de laboratorio.
– Envases comerciales de poliestireno (por ejemplo de yogur).
– Materiales comerciales de ciencia recreativa (accesibles por ejemplo a través de http://www.teachersource.com/)
Riesgos:
No existen riesgos destacables, sino los habituales de prestar cuidado al calentar y no ingerir las sustancias estudiadas (debe prestarse especial cuidado, en este sentido, cuando se trabaja con niños que pudieran manipular plásticos superabsorbentes).
Enlaces:
• A. Díaz Lantada, Handbook of active materials for medical devices: advances and applications, Pan Stanford Publishing, 2012.
• M.A. Gómez Crespo, A. Cañamero Lancha, “Juguetes y polímeros superabsorbentes”, Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, Vol. 8, 460-465, 2011.
• I.A. Katime, O. Katime, D. Katime, “Materiales inteligentes: hidrogeles macromoleculares. Algunas aplicaciones biomédicas”, Anales de Química, 101(4), 35- 50, 2005.
• M. Martín Sánchez, M.T. Martín Sánchez, “Materiales con memoria”, Anales de Química, 95(3), 40-42, 1999.
• Video realizado por M. Martín Sánchez donde se muestra la “memoria” de forma de un envase de yogur de poliestireno: http://www.youtube.com/watch?v=Fzt6hAhmJyQ&list=FL1AtpQqrl8mJBitU_cPA1Mg&feature=plcp