Ya es posible diseñar composites mediante supercomputación

Científicos del University College of London (UCL) han demostrado que el diseño de nuevos materiales vanzados compuestos, conocidos como composite, se puede llevar a cabo en un laboratorio virtual mediante un superordenador.
Los nanocompuestos, que son ampliamente utilizados en la industria, son materiales realmente revolucionarios en los que se mezclan partículas minerales con componentes plásticos.

Las propiedades del composite dependerán de dos los dos componentes de la mezcla:
– un polímero sintético
– un compuesto mineral, un tipo de arcilla que se conoce como composite filler

Hasta ahora el desarrollo de nuevos composites dependía de la intuición de los investigadores y de su eficiencia con el método de prueba-error aunque también influía la suerte. Lo que ahora propone este equipo de investigadores del UCL es emplear suporordenadores para generar predicciones del comportamiento del producto de la unión entre el polímero y el filler, a la vez que mejora la comprensión de cómo se desarrolla todo el proceso de fusión a nivel molecular.

Composite
El equipo dirigido por el profesor Peter Coveney y con sede en el Centro UCL de Ciencias de la Computación se centró en un tipo específico de composite en el que se mezcla montmorillonita con un polímero sintético. Como los procesos químicos que se desarrollan son más pequeños que la longitud de la onda visible es imposible observarlos al microscopio y, además, la estructura en capas de las partículas de arcilla las hace difícil de estudiar ya que se comportan como una baraja de cartas en la que, aunque levantemos la primera carta, nunca podremos saber cuáles son las siguientes cartas. Y entre esas “cartas” es donde se infiltra el polímero por lo que es realmente difícil estudiar cómo se lleva a cabo el proceso.

El doctor Derek Groen (UCL Chemistry), coautor del estudio explica que “Nuestro estudio ha consistido en desarrollar simulaciones por ordenador de cómo interactúan la arcilla y el polímero dentro de sus múltiples capas. Dado que muchos de estos procesos se desarrollan a nivel cuántico, ha sido necesario reducir toda esa información a un nivel manejable para que la simulación no consuma décadas de proceso en un superordenador”.

Las simulaciones resultantes muestran exactamente por primera vez cómo interactúan los polímeros y partículas de arcilla.

LA simulaciones resultantes muestran por primera vez cómo interactúan las partículas de polímero y el filler. Las largas partículas de los polímeros, que normalmente se presentan enredadas sobre sí mimas, se deslían y se deslizan suavemente entre las hojas de la arcilla hasta intercalarse en su estructura. La posibilidad de ver este proceso a una escala humana de tiempo ha permitido a los científicos cómo es el proceso de mezcla y cómo se organizan las estructuras moleculares, de las que, ahora sí, se pueden predecir las propiedades.

En cualquier caso, llevar adelante todo este tipo de simulaciones en superordenadores requiere el uso intensivo de equipos e instalaciones que hace diez años no existían y que hace cinco no eran accesibles a los equipos de investigadores de campos ajenos a la pura informática.


Fuente: University College of London (https://www.ucl.ac.uk/mathematical-physical-sciences/maps-news-publication/maps1435)

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