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El potencial del azobenceno y el cristal líquido


Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 5 de septiembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- En el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), científicos del Departamento de Materiales Avanzados desarrollan cristales líquidos con propiedades especiales, a partir de moléculas con estructura química innovadora.

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La base de esta investigación es el uso del grupo azobenceno (C12H10N2) en cristales líquidos que, aunque ha sido empleado previamente en otros proyectos, los especialistas del CIQA buscan tomarlo como base para generar materiales con propiedades mejoradas y distintivas, con potencial aplicación en diversos sectores industriales y contribuir al progreso científico de Coahuila y México.

El potencial de los cristales líquidos

Dr. Damaso Navarro Rodriguez y Dra. Leticia Larios Lopez2Dr. Dámaso Navarro Rodríguez y Dra. Leticia Larios López.El término cristal líquido se utiliza para describir estados físicos intermedios entre un sólido cristalino y un líquido amorfo, y fue empleado por primera vez en 1890 por el científico Otto Lehmann, dos años después de su descubrimiento por parte del botánico Friedrich Reinitzer. Las moléculas en su estado líquido se autoorganizan espontáneamente formando estructuras moleculares periódicas y ordenadas, similares a los cristales. A estos estados intermedios también se les conoce como mesofases o fases líquido-cristalinas. 

“Un cristal líquido es un material que se comporta o tiene propiedades de un cristal sólido pero, a la vez, tiene la propiedad de fluidez como un líquido”, explicó la doctora Leticia Larios López, investigadora titular del Departamento de Materiales Avanzados del CIQA.

Cada uno de los estados intermedios identificados como cristal líquido presenta un arreglo estructural característico definido por parámetros sencillos, relacionados con el orden en la posición y en la orientación de las moléculas.

“Una (propiedad) que es muy importante de los cristales líquidos es su autoorganización molecular, llamémosle así: las moléculas de cristal líquido tienden a alinearse una con otra por sí mismas, es una particularidad”, añadió la investigadora.

Los cristales líquidos (también conocidos como sistemas líquido-cristalinos) se clasifican en dos grupos: los termotrópicos y los liotrópicos. En los primeros, las fases líquido-cristalinas se desarrollan en función, únicamente, de los cambios de temperatura y están formados por un solo componente químico. Mientras que los sistemas liotrópicos son soluciones o mezclas de moléculas diferentes, donde las mesofases se desarrollan en función tanto de la concentración como de la temperatura del sistema, por ejemplo, una solución de jabón y agua.

El valor agregado del grupo azobenceno

Los científicos del CIQA, con 30 años de experiencia en el área, señalaron que el objetivo del proyecto es desarrollar materiales de tipo cristal líquido que presenten propiedades distintivas. Esta investigación es financiada a través del fondo de la Convocatoria de Investigación Básica SEP-Conacyt 2015.

“Lo que nosotros buscamos es desarrollar moléculas con una estructura química novedosa, diferente a la que ya existe en la literatura. Se han reportado decenas y decenas de moléculas que tienen el grupo azobenceno, y lo que buscamos es desarrollar moléculas similares pero que presenten propiedades mejores. Para eso diseñamos moléculas y las sintetizamos en nuestros laboratorios”, detalló el doctor Dámaso Navarro Rodríguez, investigador titular del Departamento de Materiales Avanzados del CIQA.

En el estudio de cristales líquidos deben analizarse sus propiedades térmicas, ya que las propiedades del cristal líquido se desarrollan en función de la temperatura. En el caso del azobenceno, también se tienen que estudiar las propiedades ópticas, debido a que se busca una respuesta a la luz.

“En sí, se trata de desarrollar materiales que presenten propiedades de cristal líquido y que, a la vez, sean fotoactivos, que sean fotosensibles. Es decir, cuando haya un haz de luz, esos materiales cambien su conformación y, por lo tanto, cambien sus propiedades”, puntualizó el doctor Navarro Rodríguez.

Los especialistas indicaron que pretenden desarrollar materiales con características especiales, particularmente con propiedades térmicas y ópticas/fotosensibles.

azo rec1 9517Fuente: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España.
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“El interés que hemos tenido en los cristales líquidos de tipo azobenceno viene precisamente de las propiedades únicas del grupo azobenceno, como el cambio en su forma cuando es sometido a un estímulo luminoso”, especificó la investigadora Larios López.

De acuerdo con los especialistas, las moléculas que contienen grupos azobenceno pueden exhibir propiedades ópticas como birrefringencia y dicroísmo fotoinducidos, para diversas aplicaciones potenciales.

La birrefringencia consiste en el desdoblamiento de un rayo de luz en dos haces linealmente polarizados y perpendiculares entre sí, cuando este atraviesa un material anisotrópico, que posee dos índices de refracción diferentes. En tanto, el dicroísmo es la diferencia en los coeficientes de absorción de las ondas de luz que presenta un material anisotrópico.

“En el grupo de trabajo diseñamos estructuras moleculares de tipo azobenceno, diferentes a las usualmente reportadas en la literatura, y nosotros vamos buscando que la forma de la molécula mejore las propiedades del cristal líquido y, por lo tanto, sus propiedades finales”, destacó la doctora Larios López.

Con este proyecto, los científicos buscan desarrollar cristales líquidos que respondan a la luz, a través de un movimiento molecular de todo el material. Esto podría propiciar una serie de aplicaciones para diversos sectores productivos.

“Puede aplicarse en la industria óptica, industria electrónica, industria de los dispositivos ópticos, etcétera. Puede tener aplicaciones en materiales fotoactuadores, es decir, materiales que se deforman, se contraen o expanden en función de la luz que reciben. Esa expansión o contracción puede ser utilizada para el desarrollo de sensores fotomecánicos”, detalló el científico Navarro Rodríguez.

Actualmente, los cristales líquidos tienen diferentes aplicaciones. Por ejemplo, los cristales líquidos que cambian de color con la temperatura son empleados en algunos termómetros, aquellos que responden a un campo eléctrico son base del funcionamiento de pantallas planas de televisión, computadoras, juegos electrónicos, entre otros. Otros cristales líquidos también se utilizan en la industria de los detergentes, cosmética, automotriz, etcétera.

La especialista Larios López aclaró que el grupo de trabajo ha estudiado ciencia básica sobre el tema con orientación a la industria electrónica y óptica. Sin embargo, los cristales líquidos con grupo azobenceno pueden tener otras aplicaciones en áreas como biomedicina, dispositivos fotoaccionados y térmicamente deformables, robótica, entre otras áreas. En este sentido, los científicos del CIQA también han incursionado en el desarrollo de materiales elastómeros líquido-cristalinos (LCE, por sus siglas en inglés), con potencial aplicación en válvulas para microfluidos, músculos artificiales, micromecánica para motores termoaccionados o fotoaccionados, entre otros.

“(Desarrollamos) materiales de tipo elastómeros líquidos-cristalinos que son materiales que tienen la capacidad de cambiar de forma de manera reversible cuando se utiliza un estímulo térmico o lumínico”, comentó la investigadora Larios López.

Los científicos del CIQA dejan la invitación abierta a cualquier colega y/o estudiante que desee trabajar y colaborar en el desarrollo del tema de cristales líquidos en el país.

“Tenemos espacio en nuestras instalaciones para recibir colegas profesionistas con deseos de desarrollarse en el área, también tenemos equipo muy especializado, infraestructura para caracterizar y estudiar los cristales líquidos. En nuestro grupo preparamos profesionistas de licenciatura y posgrado que también nos enriquecen, tenemos un grupo consolidado y que sigue creciendo”, añadió la doctora Larios López.

 

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• Dr. Dámaso Navarro Rodríguez
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