Investigadores de la Universidad Autónoma de Barcelona, junto a colegas italianos, han ideado un método para medir indirectamente la viscosidad de los materiales vítreos, algo que hasta ahora requeriría tiempos de observación inviables a escala humana, a partir de sus propiedades elásticas. El estudio cuestiona la validez de las teorías actuales de formación de los vidrios.
Los vídrios son materiales sólidos, pero con una estructura tan desordenada que se podrían considerar como líquidos de una viscosidad extraordinariamente elevada. De hecho, fluyen como los líquidos, pero a bajas temperaturas la movilidad molecular es tan baja que su observación experimental es impracticable. El estado vítreo sigue siendo uno de los grandes enigmas en la ciencia de la materia condensada, ya que su comprensión dista mucho de ser satisfactoria.
Ahora un equipo de científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), el centro de investigación MATGAS, la Universidad de La Sapienza en Roma y el Politécnico de Milán ha logrado relacionar las propiedades ultraviscosas del líquido (inaccesibles experimentalmente a temperaturas suficientemente bajas) con las propiedades elásticas del vidrio correspondiente, obtenidas rápidamente mediante técnicas ópticas y de radiación sincrotrón.
Estas propiedades se miden en función del envejecimiento del vidrio por lo que, teóricamente, es indispensable utilizar muestras que hayan sido envejecidas durante ciclos geológicos. Sin embargo, los investigadores han utilizado vidrios ultraestables formados en breves periodos de tiempo (desde unos minutos a unas horas) mediante una técnica denominada 'deposición física de vapores'.
Los vidrios sintetizados por los físicos de la UAB Cristian Rodríguez-Tinoco y Javier Rodríguez-Viejo rivalizan en estabilidad con ámbares envejecidos de forma natural durante decenas de millones de años, permitiendo medidas de viscosidad en vidrios equivalentes a los que se encuentran en la astenosfera, la zona superior del manto terrestre.
Una conclusión inesperada
Las medidas de viscosidad de estos materiales han llevado a una conclusión inesperada. Si bien los modelos actuales predicen que los vidrios dejan de fluir por debajo de una temperatura determinada, los resultados de este estudio muestran por primera vez que, en realidad, no es así, por lo que las teorías actuales sobre este estado de la materia podrían no ser correctas.
Los científicos han demostrado experimentalmente que los vidrios en equilibrio fluyen de forma apreciable a temperaturas finitas, poniendo en cuestión uno de los pilares de las teorías del estado vítreo.
El avance en el conocimiento de estos vidrios, denominados ultraestables, también tiene implicaciones prácticas, ya que podrían ser importantes para aplicaciones como la elaboración de compuestos farmacéuticos más estables frente a la cristalización o para su utilización en dispositivos orgánicos electroluminiscentes (OLEDs) debido a su mayor estabilidad térmica y menor degradación frente a la absorción de gases, como el vapor de agua, lo que permitiría que estos dispositivos pudieran funcionar durante más tiempo sin sufrir los efectos de las perturbaciones ambientales.
Referencia bibliográfica:
Eva Arianna Aurelia Pogna, Cristian Rodríguez-Tinoco, Giulio Cerullo, Carino Ferrante, Javier Rodríguez-Viejo, and Tullio Scopigno. "Probing equilibrium glass flow up to exapoise viscosities". PNAS 2015 Febrero 9, 2015, doi:10.1073/pnas.1423435112.
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