La necesidad de absorber la energía por impacto mecánico ha generado diversos tipos de amortiguadores fabricados con materiales que pueden ser de un solo uso o reutilizables. Sin embargo, surge un dilema entre la disipación de alta densidad de energía y la posibilidad de reutilización de los materiales.
La penetración de soluciones acuosas a presión en materiales nanoporosos hidrófobos, como los enrejados zeolíticos y los organometálicos (MOF) –de área superficial extremadamente grande, típicamente 1,000-10,000 m2/g– es un proceso prometedor para la obtención de sistemas absorbentes de energía de alta eficiencia. La presión hidrostática de un impacto fuerza al líquido a entrar en los nanoporos, convirtiendo así el trabajo mecánico en energía interfacial.
En la numerosa familia de MOFs se han identificado ciertos materiales para esta aplicación como son los enrejados de imidazolato zeolítico (ZIF, del inglés zeolitic imidazolate framework), hidrotermalmente estables, que consisten en nanocajas hidrofóbicas conformadas por metales de transición coordinados tetrahédricamente con imidazoles (C3H4N2) los cuales se conectan entre sí en un enrejado tipo zeolítico.
Un grupo de investigadores europeos estudió los mecanismos de penetración del agua en condiciones reales de alta velocidad de deformación de hasta 103 s-1. Encontraron un aumento crítico en la capacidad de los sistemas ZIF-agua confinada para absorber energía a mayores cambios de deformación. Demostraron que esta atractiva respuesta ocurre en las ZIFs de nanocajas y desaparece para aquellos enrejados zeolíticos que contienen canales. El modelado molecular muestra que este fenómeno ocurre debido a la escala de tiempo de nanosegundos requerida para la nucleación de cúmulos de agua de tamaño crítico dentro de las nanocavidades, que aceleran la transferencia de agua. Utilizando este conocimiento fundamental, los autores formularon reglas de diseño para crear absorbedores de energía de impacto eficientes, personalizables y reutilizables.
Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials
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