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Láminas de un nuevo material compuesto inteligente, de espesor nanométrico.

14/01/2019
Presentación de las fases de dos estructuras : Arriba estructura del difluoruro de polivinilideno (PVDF) y del PC  / Abajo: evolución de la luminiscencia de dicha lámina con la temperatura, al irradiarla con luz ultravioleta. Arriba:Estructura del difluoruro de polivinilideno (PVDF) y PC que se ha incluido en su matriz para formar la lámina de material híbrido. Abajo:evolución de la luminiscencia de dicha lámina con la temperatura al irradiarla con luz ultravioleta de 312nm

A partir de una mezcla de polímero orgánico flexible con un polímero de coordinación (PC) monodimensional luminiscente, investigadores del IAdChem (Institute for Advanced Research in Chemistry) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han logrado diseñar un nuevo material compuesto más resistente, flexible e inteligente, de espesor nanométrico. El hallazgo permitirá crear nuevos sensores de presión y temperatura con aplicaciones industriales.

Con la introducción del componente dopante adecuado en un polímero orgánico que actúe como matriz se pueden llegar a fabricar materiales híbridos o composites. Estos presentan las propiedades mecánicas del material orgánico y, a la vez, presentarán las nuevas propiedades del dopante que les pueden proporcionar utilidad en diversos campos industriales.

Estos materiales podrían permitir, por ejemplo, que un simple trozo del material compuesto pueda decirnos, a golpe de vista, la temperatura de una cámara frigorífica o la presión en el interior de una tubería.

Entre dichos dopantes destacan los polímeros de coordinación (PCs), unos compuestos con estructuras infinitas formados por centros metálicos y fragmentos (tanto orgánicos como inorgánicos) que actúan como ligandos.

Los PCs con cadenas dobles de cobre(I)-halógeno en forma de escalera, se comportan como muelles elásticos al exponerlos a estímulos físicos, como presión y temperatura; o químicos, como a vapores de compuestos orgánicos volátiles, debido a la gran flexibilidad de esta doble cadena. Gracias a este comportamiento estímulo-respuesta, estos compuestos son unos excelentes dopantes para crear nuevos materiales híbridos.

Ahora, el Grupo de Nanomateriales del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), con el apoyo de investigadores del CSIC, la Universidad de La Laguna la Universidad de Valencia y la universidad de Zaragoza, han publicado en la revista Chemical Science un nuevo material híbrido inteligente de espesor nanométrico con resistencia y flexibilidad, que podría usarse en sensores de presión y temperatura, tanto en instalaciones industriales como en embalajes.


Interesantes propiedades

El nuevo nanomaterial se obtiene embebiendo nanofibras de un polímero de coordinación de cobre(I)-yodo, con 2-aminoisonicotinato de metilo como ligando terminal, en una matriz de difluoruro de polivinilideno (PVDF).

Lo estudios sobre este PC muestran que posee una estructura de doble cadena monodimensional de cobre y yodo, que le confiere semiconductividad eléctrica, y una llamativa luminiscencia al irradiarlo con luz ultravioleta de baja energía.

A temperatura ambiente, el compuesto no presenta ningún tipo de emisión, pero al enfriarse hasta -196 °C (la temperatura del nitrógeno líquido) resplandece con un intenso color amarillo, regresando a su estado anterior conforme vuelve a temperatura ambiente. Sin embargo, al someter el compuesto a presiones de gigapascales (un gigapascal equivale a aproximadamente diez mil veces la presión atmosférica), la emisión desaparece por completo, también de forma reversible. Ambos fenómenos se deben a cambios en las interacciones de los centros de cobre, como consecuencia del comportamiento tipo muelle de la doble cadena.

El PC en sí es muy sencillo de obtener, ya que la mezcla de yoduro de cobre disuelto en acetonitrilo con 2-aminoisonicotinato de metilo disuelto en etanol conduce a una reacción instantánea con la consecuente formación del PC en forma de nanofibras, con longitudes de micras y unos 5 nanómetros de espesor, equivalentes al apilamiento de 8 cadenas monodimensionales sencillas. Para conseguir la formación de los composites como nanoláminas es necesario partir de estas nanofibras, ya que su tamaño determinará el espesor mínimo de la lámina final.

La preparación de las nanoláminas de material híbrido se llevó a cabo dispersando las nanofibras del PC en una disolución del PVDF en dimetilformamida (DMF), y depositando la suspensión resultante sobre óxido de silicio por spin-coating (recubrimiento por rotación a grandes velocidades, superiores a 1000 rpm) o por inmersión o dip-coating. Todas ellas son homogéneas y comparten las propiedades termoluminiscentes del PC original. Actualmente se están estudiando las propiedades mecánicas de estas láminas, pero se espera que sean próximas a las del PVDF solo.

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Referencia bibliográfica:

J. Conesa-Egea, N. Nogal, J. I. Martínez, V. Fernández-Moreira, U. R. Rodríguez-Mendoza, J. González-Platas, C. J. Gómez-García, S. Delgado, F. Zamora, P. Amo-Ochoa. Smart composite films of nanometric thickness based on copper–iodine coordination polymers. Toward sensors. Chem. Sci. 2018, 9, 8000-8010. DOI: 10.1039/c8sc03085e.

 

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