domingo, 13 de noviembre de 2011

La memoria de los plásticos

Si abusando de vuestra paciencia, os pido que hagais una búsqueda de imágenes en Google bajo el término Shrinky Dink, probablemente pensareis que el Búho está volviendo a su infancia pajaril. Lo que Google os mostrará corresponde a una especie de manualidades horteras y, si uno profundiza en el texto en el que aparecen esas imágenes, se encuentra con que, efectivamente, se trata de un tipo de manualidad en la que uno dibuja una imagen sobre una plancha de un plástico (poliestireno, para más señas), y luego lo introduce en un horno de cocina a una cierta temperatura. Ello provoca que el plástico se restrinja sobre si mismo, proporcionando un objeto en el que la imagen dibujada ha disminuido su tamaño, deformándose y dando lugar a nuevas imágenes curiosas (se puede ver en este vídeo). El resultado final, cuando aquello se enfría, es un sólido que uno se puede colgar del cuello, poner en la muñeca, etc. Pero la cosa tiene mucha ciencia implícita y derivadas interesantes.

Un polimérico como yo describe el anterior comportamiento diciendo que el plástico en cuestión tiene memoria de forma (shape memory), algo que no suele ser fácil de explicar a los no iniciados. Veamos si lo consigo. Imaginemos a un ciudadano al que pillamos despistado echándose una siesta y, en menos que tarda en despertarse, lo atamos con unas cuerdas dejándolo despatarrado y con los brazos cual crucificado. Una situación incómoda y de poco equilibrio emocional, como estareis de acuerdo. Es evidente que si le damos la oportunidad, él tratará de desembarazarse de esas incomodidades, tratando de volver a su estado "natural" y equilibrado.

Pues la idea es muy parecida. Podemos coger una cierta cantidad de un polímero y formar una plancha con él tras calentarlo. Con la plancha todavía calentita, la enfriamos bruscamente, por ejemplo en un baño con hielo, agua y sal. Si tuvieramos visión microscópica veríamos que las largas cadenas de átomos, que constituyen el polímero, se quedan en el interior de la plancha más o menos alineadas como consecuencia del "planchazo" y posterior enfriamiento brusco al que las hemos sometido. Esa es una situación incómoda para las cadenas del material, que les gusta estar enrevesadas como los spaguettis de un plato de pasta. Los "expertos" (¿por qué me da cada vez más risa el término?) decimos que con el planchazo y posterior enfriamiento brusco hemos dejado al polímero en una situación metaestable, de la que el material trata de salir en cuanto le damos la oportunidad para ello. Y la oportunidad se la damos al meterlo a un horno por encima de la llamada temperatura de transición vítrea que, en el caso del poliestireno, son unos 100º. Por encima de esa temperatura damos a las cadenas libertad de movimiento, con lo buscan su posición de equilibrio y pasa lo que se ve en el vídeo mencionado.

La memoria de forma de los polímeros se ha aprovechado para fabricar objetos muy curiosos. Hace ya bastantes años, el grupo de Robert Langer del MIT, una referencia en el mundo de las aplicaciones biomédicas de los polímeros, presentaron un tipo de sutura autoanudable basada en este mismo efecto. En ese caso, la temperatura del cuerpo humano era suficiente para que, en contacto con él, el hilo de sutura, al volver a su posición de equilibrio, se autoanudara.

Hace menos años (2007), un grupo de la Universidad de California, empleando una de las planchas que se venden comercialmente para las manualidades arriba mencionadas, prepararon un sistema con aplicaciones muy interesantes. Con ayuda de una impresora láser, imprimieron sobre la plancha de poliestireno un complicado circuito a base de rayas de tinta. Tras el tratamiento en el horno, la tinta de las rayas dibujadas (que no se constreñía tanto como el plástico), generaba microscópicos "muros" que delimitaban espacios por donde un líquido podía fluir en cantidades muy pequeñas. El sistema podría ser empleado en lo que hoy se llama microfluídica, con aplicaciones en la fabricación de sensores biomédicos (medidores portátiles de nivel de glucosa y otros similares).

En un artículo de este mismo año, otro Grupo de la North Caroline University ha dado un paso de tuerca más. Han pintado determinadas zonas de la plancha con tinta negra y han visto que, irradiándolas con una simple lámpara infrarroja (la fuente de calor), el material se puede doblar en complicadas morfologías en tres dimensiones, lo que podría tener aplicaciones en envasado, en actuadores mecánicos y otras que se están explorando.

Algo más que un juguete hortera esto del Shrinky Dink, no me digais que no.

4 comentarios:

J.C. Rodríguez Cabello dijo...

No estoy seguro de que a ese efecto descrito en esta entrada se le pueda llamar memoria de forma. Memoria de forma es, según mi modesto entender, la recuperación de la forma original, tipicamente por calentamiento, despues de ser deformado. Así funcionan, por ejemplo, los famosos nitinoles. Es decir, si la forma original es una plancha y esta es deformada, tendría memoria de forma si al calentarla recupera la forma "plancha" original.
Diriase que el fenómeno que describes en la entrada corresponde más bien a un fenómeno de "srinkage" sobre un material deformado en frio o sometido a un proceso de anealling durante deformación en caliente, lo que en ambos casos, y especialmente en el caso de polímeros, producen un material con cierto grado de orientación y extensión de cadenas, que es muy proclive a sufrir fuertes procesos de srinkage. Tal srinkage, además, puede venir acompañado de cambios de forma, apareciendo retorcimientos y alabeos muy característicos.
Ya me diréis si estoy diciendo tonterias. Si es el caso.. I'm deeply sorry.

El Búho dijo...

Tu no puedes decir tonterías porque sabes del tema. Pero la discusión se sale del tono del Blog y, aveces, me tengo que conceder ciertas licencias. Aunque en mi descargo te diré que en un referencia al último artículo que cito y que me sirvió para investigar en el asunto de las manualidades de marras, se hacía uso del concepto de shape memory:

http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/November/10111103.asp

Antonio dijo...

Me he divertido mucho leyendo el artículo y también me ha parecido muy ilustrativo. Soy maestro (de primaria) y entiendo lo complicado que es, a veces, explicar a los neófitos conceptos difíciles. Pero tú (espero que no te moleste que te tutee) lo consigues y le añades una pizca de humor que lo hace muy atractivo para leer. Creo que utilizaré el símil del crucificado en algún comentario en clase con mis niñ@s. Si no te molesta, claro. En fin, un placer descubrir el blog, voy a embarcarme en su lectura y a "descubrir" más artículos como éste (aunque no llenaré de comentarios lo que lea, no quiero parecer pesado). Saludos Búho y enhorabuena.

El Búho dijo...

Gracias Antonio por tus comentarios. Y no tengas duda alguna en usar lo que estimes oportuno de lo que encuentres en el Blog.

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Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.