Los polímeros inundaron nuestras vidas el siglo pasado. Pero sus usos van mucho más allá de simples objetos cotidianos. Dirk J. Broer, que será investido el viernes 9 de febrero Doctor Honoris Causa de la Universidad de Zaragoza, demostró con su tecnología de fotopolimerización de cristales líquidos que se pueden hacer pantallas con mejores propiedades, sistemas robóticos blandos complejos, gafas de realidad virtual o aumentada y revolucionar la háptica.

Macromoléculas

Los polímeros son moléculas de gran tamaño, o macromoléculas, y el componente principal de los materiales conocidos coloquialmente como ‘plásticos’. Hoy son materiales controvertidos por los problemas ambientales derivados del abuso y mala gestión de residuos de plásticos de un solo uso. Sin embargo, los polímeros también permiten el desarrollo de nuevas tecnologías para nuestra sociedad.

Un diseño óptimo de la estructura química de las macromoléculas y el control de su orientación son esenciales para aplicaciones impensables con los plásticos convencionales. Stephanie Kwolek ya proporcionó estas claves cuando desarrolló la fibra comercializada como kevlar, un éxito basado en la orientación de las macromoléculas que componen la fibra cuando se procesa por extrusión a partir de una fase cristal líquido.

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Orden y fluidez

Los cristales líquidos son compuestos que presentan una fase líquida en la cual las moléculas se organizan de manera ordenada mientras mantienen su movilidad o fluidez, a diferencia de líquidos convencionales como el agua. Esta combinación única de orden y fluidez permite que estos compuestos respondan a estímulos como los campos eléctricos, entre otros, y es la base de la aplicación más conocida de los cristales líquidos: las pantallas planas de televisión de tecnología cristal líquido en la que estos compuestos son los que permiten generar la imagen. Pero los cristales líquidos ofrecen una amplia variedad de ordenaciones que, a su vez, definen sus propiedades y amplían su campo de aplicación.

Además de su papel en televisiones o monitores de ordenador, se utilizan en aplicaciones diversas como termometría, moduladores de luz u otros componentes ópticos en dispositivos de visualización. 

Una revolución en este campo fue la técnica de fotopolimerización en fase cristal líquido inventada por Dirk J. Broer en Philips Research, que permite fabricar dispositivos basados en láminas ‘plásticas’ cuyas macromoléculas están orientadas y entrecruzadas de forma precisa. Para ello utiliza cristales líquidos que se organizan de forma predeterminada en la fase cristal líquido y reaccionan entre sí al ser iluminados. De esta forma aprovecha al máximo las ordenaciones inherentes a los cristales líquidos al fijarlas y estabilizarlas, y se consigue un control preciso de la arquitectura interna del polímero. Con esta sencilla y a su vez disruptiva técnica se consiguen aplicaciones de elevado interés tecnológico gracias a la orientación molecular.

En el ámbito de las pantallas, la técnica de fotopolimerización en fase cristal líquido ha permitido fabricar láminas ópticas que mejoran la resolución, brillo, eficiencia energética y ángulo de visión. También se está aplicando en el desarrollo de óptica para gafas de realidad virtual y realidad aumentada, energéticamente más eficientes, pequeñas y ligeras.

Robots blandos

Recientemente, esta técnica ha posibilitado fabricar estructuras poliméricas con funciones robóticas en las que el material se deforma controladamente en respuesta a un estímulo. Además, el desarrollo de técnicas como la impresión 4D o la electroescritura han permitido definir con precisión las deformaciones y fuerzas del material e implementar así funciones robóticas complejas como coger un objeto y desplazarlo, estructuras que emulan las deformaciones de tejidos vivos para uso en aplicaciones biomédicas o robots blandos capaces de moverse en superficies irregulares o nadar en un fluido

Estos materiales inteligentes también permiten preparar superficies de fricción controlada o de autolimpieza y aplicaciones en áreas como la háptica o ciencia del tacto. Así, mediante campos eléctricos pueden producirse protuberancias en películas delgadas y generar superficies que cambian al tacto en dispositivos de lectura para personas con discapacidad visual, prendas para realidad virtual inmersiva o para rehabilitación médica.

Luis Oriol, Carlos Sánchez y Teresa Sierra Investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, instituto mixto CSIC-Unizar)

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