Los materiales híbridos son compuestos que consisten en dos constituyentes a nivel nanométrico o molecular . Comúnmente uno de estos compuestos es inorgánico y el otro de naturaleza orgánica . Por lo tanto, se diferencian de los compuestos tradicionales en los que los constituyentes se encuentran en el nivel macroscópico ( micrómetro a milímetro ). La mezcla a escala microscópica conduce a un material más homogéneo que muestra características entre las dos fases originales o incluso nuevas propiedades.
Muchos materiales naturales consisten en bloques de construcción inorgánicos y orgánicos distribuidos en la nanoescala. En la mayoría de los casos, la parte inorgánica brinda resistencia mecánica y una estructura general a los objetos naturales, mientras que la parte orgánica brinda unión entre los componentes básicos inorgánicos y/o el resto del tejido . Los ejemplos típicos incluyen hueso y nácar .
Los primeros materiales híbridos fueron las pinturas hechas a partir de componentes inorgánicos y orgánicos que se utilizaron hace miles de años. El caucho es un ejemplo del uso de materiales inorgánicos como relleno para polímeros orgánicos . El proceso sol-gel desarrollado en la década de 1930 fue una de las principales fuerzas impulsoras de lo que se ha convertido en el amplio campo de los materiales híbridos orgánicos e inorgánicos.
Los materiales híbridos se pueden clasificar en función de las posibles interacciones que conectan las especies orgánicas e inorgánicas. [1] Los materiales híbridos de clase I son aquellos que muestran interacciones débiles entre las dos fases, como van der Waals , enlaces de hidrógeno o interacciones electrostáticas débiles . Los materiales híbridos de clase II son aquellos que muestran fuertes interacciones químicas entre los componentes, como los enlaces covalentes .
Las propiedades estructurales también se pueden utilizar para distinguir entre varios materiales híbridos. Un resto orgánico que contiene un grupo funcional que permite la unión a una red inorgánica, por ejemplo, un grupo trialcoxisilano, puede actuar como modificador de la red porque en la estructura final la red inorgánica solo es modificada por el grupo orgánico. Los feniltrialcoxisilanos son un ejemplo de tales compuestos; modifican la red de sílice en el proceso sol-gel a través de la reacción del grupo trialcoxisilano sin suministrar grupos funcionales adicionales destinados a sufrir más reacciones químicas con el material formado. Si se incorpora un grupo funcional reactivo, el sistema se denomina funcionalizador de red.. La situación es diferente si dos o tres de esos grupos ancla modifican un segmento orgánico; esto conduce a materiales en los que el grupo inorgánico es después una parte integral de la red híbrida. El último tipo de sistema se conoce como constructor de red.
Las mezclas se forman si no existen fuertes interacciones químicas entre los componentes básicos orgánicos e inorgánicos. Un ejemplo de dicho material es la combinación de agrupaciones o partículas inorgánicas con polímeros orgánicos que carecen de una fuerte interacción (por ejemplo, covalente) entre los componentes. En este caso, se forma un material que consta, por ejemplo, de un polímero orgánico con restos inorgánicos discretos atrapados en el que, dependiendo de las funcionalidades de los componentes, por ejemplo, se produce una reticulación débil por las unidades inorgánicas atrapadas a través de interacciones físicas o los componentes inorgánicos quedan atrapados. en una matriz polimérica reticulada. Si una red inorgánica y una orgánica se interpenetran entre sí sin fuertes interacciones químicas, se forman las llamadas redes de interpenetración (IPN),que es el caso, por ejemplo, si se forma un material sol-gel en presencia de un polímero orgánico o viceversa. Ambos materiales descritos pertenecen a híbridos de clase I. Los híbridos de clase II se forman cuando los bloques de construcción inorgánicos discretos, por ejemplo, grupos, se unen covalentemente a los polímeros orgánicos o los polímeros orgánicos e inorgánicos se conectan covalentemente entre sí.