Podría llamarse un hallazgo de choque. Recubrir materiales de plástico o goma con antioxidantes como la vitamina E impide que la carga estática se acumule en la superficie del polímero, informan hoy los químicos. El descubrimiento podría ser una solución barata a problemas como el polvo que se adhiere al plástico, las descargas eléctricas estáticas o las chispas que dañan los circuitos de televisión y fríen las placas base de los ordenadores.
Los niños pueden divertirse con la electricidad estática: cuando se frotan globos en el pelo, la goma y el cabello se pegan debido a la atracción entre las partículas cargadas transferidas. Pero la carga estática que se acumula en los componentes industriales, como los filtros de combustible de plástico de los coches o el interior de las piezas de los semiconductores, puede provocar chispas eléctricas potencialmente peligrosas y una acumulación de polvo.
El rompecabezas de la electricidad estática, explica Bartosz Grzybowski, químico físico de la Universidad Northwestern de Evanston (Illinois), es que, aunque las partículas cargadas deberían repelerse entre sí cuando caen sobre una superficie aislante, lo que hace que se dispersen uniformemente por un material y se filtren de nuevo al aire, en realidad forman aglomeraciones estables y de larga duración. Esto hace que se acumulen grandes cantidades de carga estática fuertemente confinada, suficiente para descargarse bruscamente cuando se dispone de una vía conductora: por ejemplo, atravesando un cuerpo humano hasta llegar a una barandilla de metal, o lanzando chispas a través del aire como un rayo en miniatura.
Tratamiento de vitaminas
El equipo de Grzybowski informa en Science de que ha resuelto el misterio. Los investigadores examinaron al microscopio los patrones de carga eléctrica y magnética que se crean cuando las partículas cargadas se posan en las superficies de los polímeros. Descubrieron que las partículas cargadas son estabilizadas por radicales, moléculas reactivas con electrones libres que se forman cuando se rompen los enlaces químicos en una superficie. Los radicales comparten parte de la carga eléctrica; sin ellos, las partículas cargadas no podrían agruparse tan estrechamente. La respuesta, según el equipo, es aplicar recubrimientos superficiales que reaccionen químicamente con los radicales y los absorban. Estos recubrimientos podrían incluir vitamina E, entre otros antioxidantes baratos y no tóxicos. De hecho, algunos de estos productos químicos ya se añaden a las mezclas con las que se fabrican los polímeros, para eliminar los radicales que se forman cuando la luz ultravioleta daña el plástico, pero no se han utilizado como recubrimientos antiestáticos.
Los investigadores probaron su caso utilizando soluciones de eliminadores de radicales para recubrir polímeros comunes, como perlas de poliestireno. Efectivamente, después de ser agitadas para obtener carga estática, las perlas recubiertas eliminaron su electricidad estática en cuestión de minutos. Los científicos también utilizaron su recubrimiento antiestático para proteger un componente del transistor, demostrando que no se dañaba cuando se le disparaban partículas cargadas con una pistola de iones. «Es realmente increíble que la respuesta sea tan sencilla», dice Grzybowski.
Otros investigadores contactados por Nature encontraron el trabajo emocionante. El verdadero avance es el conocimiento de las causas fundamentales de la electricidad estática, dice Michael Dickey, que investiga la nanoelectrónica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh. «Es muy inteligente por la sencillez con la que se aborda un viejo problema», añade.
El tratamiento de los efectos de la electricidad estática es «un problema muy grande en la industria», dice Fred Roska, investigador de 3M en Saint Paul (Minnesota). Añade que el simple hecho de encontrar formas de suministrar partículas cargadas que neutralicen la carga estática que se acumula en los polímeros durante la fabricación de semiconductores, por ejemplo, constituye un mercado de mil millones de dólares. Las empresas industriales también se ocupan de la electricidad estática modificando los materiales que utilizan: cubriendo los polímeros con revestimientos de agua o gel a través de los cuales se puede disipar la carga, o insertando tiras conductoras de metal o nanotubos de carbono en una mezcla de polímeros para proporcionar un camino para que la carga estática se desvanezca.
Pero esas soluciones implican compensaciones, dice Grzybowski, como hacer un plástico más conductor, y no abordan la causa subyacente de la acumulación de estática. Y cree que los revestimientos antioxidantes serán una solución más barata. Dice que ha patentado el descubrimiento y espera conceder licencias a empresas como 3M y Dow.
Este artículo se reproduce con permiso de la revista Nature. El artículo se publicó por primera vez el 19 de septiembre de 2013.