REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Los materiales nano-compuestos, que son ampliamente utilizados en la industria, son materiales revolucionarios en los que las partículas microscópicas se dispersan a través de los plásticos. Pero su desarrollo hasta ahora ha sido realizado mayormente mediante pruebas de ensayo-error.

El 'laboratorio virtual' desarrollado utilizando simulaciones con superordenadores mejora enormemente la comprensión que tienen los científicos de cómo estos composites se construyen a nivel molecular. El sistema permite predecir las propiedades de un material basándose simplemente en su estructura y la forma de fabricarlo. El equipo de investigación dice que este proyecto puede ser el Santo Grial de la ciencia de los materiales.

El equipo dirigido por el profesor Peter Coveney, analizó un tipo específico de material compuesto, que mezcla las partículas de la arcilla montmorillonita con un polímero sintético. Es imposible estudiar esto con microscopios, ya que los procesos son más pequeños que la longitud de onda de la luz y por lo tanto no pueden ser observados directamente. Por otra parte, la estructura de las partículas de arcilla hace difícil su estudio a través de métodos menos directos. Las partículas de arcilla se asemejan a barajas de cartas apiladas y esto significa que gran parte de la interacción entre el polímero y el barro no es visible.

"Nuestro estudio desarrollado mediante simulaciones, describe precisamente cómo interactúan las partículas de capas y las cadenas del polímero," dice el co-autor Dr. Derek Groen. "Ciertos procesos necesitan una simulación altamente detallada que describa todo en un nivel cuántico, pero la simulación a este nivel es inviable por el enorme tiempo de procesado que necesitaría un ordenador.

El equipo demostró que ciertas interacciones, como cuando el borde de una hoja de arcilla entra en contacto con una cadena de polímero, requieren una simulación cuántica, otras requieren sólo una simulación de nivel atómico (donde cada átomo en una molécula se representa como una bola de un resorte) y otras pueden tener un nivel aún más bajo de detalle, juntando átomos para dar la forma aproximada y las propiedades de una molécula. Estas múltiples maneras de representar el mismo sistema constituyen un enfoque multiescala para modelado de materiales, donde cada nivel de detalle puede ser adoptado para diferentes partes de la simulación.