es.wedoany.com Noticia: Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL) en Suiza han desarrollado un elastómero imprimible en 3D que combina una alta resistencia a la fractura con una alta resistencia a la fatiga, resolviendo una compensación clave que hasta ahora limitaba la aplicación de materiales blandos en robótica, electrónica portátil y dispositivos biomédicos.

El estudio, liderado por el Laboratorio de Materiales Blandos (Soft Materials Laboratory) y publicado en la revista Science Advances, muestra que la versión de mejor rendimiento —denominada elastómeros granulares de doble red (double network granular elastomers, DNGEs)— presenta una tenacidad a la fractura 15 veces mayor y una resistencia a la fatiga 3 veces superior en comparación con los elastómeros tradicionales de red única y de doble red en masa con la misma composición química.

La estructura de los DNGEs está formada por micropartículas de elastómero rígido conectadas mediante una segunda red polimérica más blanda. Los investigadores diseñaron inicialmente esta estructura para que el material pudiera extrudirse como tinta de impresión 3D y ofreciera propiedades mecánicas finamente controlables.

El equipo, incluida la autora de correspondencia Esther Amstad, descubrió que esta arquitectura también permite que el material disipe energía mecánica de forma repetida sin acumular daños permanentes. El estudio señala que esta combinación es muy poco común: normalmente, los elastómeros resistentes a la fractura se degradan bajo tensiones repetidas, mientras que los resistentes a la fatiga tienden a romperse cuando se estiran en exceso.

Amstad, directora del Laboratorio de Materiales Blandos de la EPFL, indicó que el enfoque inicial era mejorar la procesabilidad, pero al formar la estructura granular, descubrieron que estos materiales también eran muy tenaces. Explicó que esta tenacidad proviene en gran medida de un mecanismo repetido de disipación de energía, permitiendo que el material absorba energía repetidamente sin romperse de forma irreversible.

Al estirarse, los DNGEs transfieren la tensión mecánica de las micropartículas más rígidas a las zonas de separación más blandas entre ellas, donde las cadenas poliméricas pueden deslizarse y reordenarse para disipar energía, en lugar de romperse irreversiblemente. Amstad explicó que, en esencia, dos redes diferentes —una compuesta por elastómero granular y la otra por elastómero blando— comparten la tensión mecánica entre sí, haciendo que el material sea más fuerte en su conjunto. El estudio también señala que la estructura granular obliga a las grietas a crecer a través de las zonas de separación más blandas siguiendo trayectorias sinuosas en lugar de rectas, ralentizando así su crecimiento y retrasando el fallo.

Aprovechando la imprimibilidad del material, los investigadores fabricaron mediante impresión 3D compuestos con variaciones locales de composición, incluyendo estructuras reforzadas con fibras y diseños de núcleo y carcasa inspirados en los filamentos del biso de los mejillones, que combinan rigidez con una tenacidad y resistencia a la fatiga que normalmente solo se encuentran en formulaciones más blandas. Estas tintas se extrudieron utilizando impresoras 3D comerciales.

Actualmente, el equipo está trabajando en la formulación de elastómeros a partir de materiales biodegradables y reciclables. Amstad afirmó que el objetivo es adoptar materiales más sostenibles sin comprometer las propiedades mecánicas. Al ampliar la gama de materiales utilizables, no solo se puede reducir la huella ambiental de los DNGEs, sino también hacerlos más accesibles para cualquier laboratorio que disponga de una impresora 3D comercial.