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Materiale intelligente in grado di passare da uno stato solido all'altro

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La ricerca dei metamateriali, le entità artificiali che possiedono proprietà sconosciute alla natura, è all'avanguardia nell'innovazione ingegneristica

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Secondo una recente pubblicazione, un team di ingegneri chimici dell'Università di Waterloo ha sviluppato un nuovo materiale in grado di passare da un solido opaco, un solido duro e un gel morbido. Questa svolta potrebbe significare cambiamenti rivoluzionari nella robotica morbida e nelle applicazioni di adesivi.

Gli scienziati sono alla ricerca di materiali con proprietà innovative da decenni. Alcuni dei materiali avanzati sono costituiti da elementi compositi multipli (come ceramiche, matrici metalliche o polimeri) che sono disposti in schemi ripetitivi. Queste architetture interne uniche permettono loro di comportarsi come nessun'altra cosa che il mondo ha visto. Ad esempio, i metamateriali con indice negativo sono in grado di piegare la luce in modo molto diverso dai materiali ordinari a causa del suo indice di rifrazione negativo. Un progetto di collaborazione tra il MIT e il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha creato un aerogel super rigido e ultraleggero in grado di sopportare un carico di 160.000 volte il proprio peso.

Il team di ricercatori canadesi, guidato dal Dr. Boxin Zhao, professore di Ingegneria Chimica all'Università di Waterloo, ha prodotto il loro materiale che cambiava stato incorporando sale liquido super raffreddato in un polimero, che essi chiamano sal-gel a causa della sua natura ibrida.

LabRoots ha contattato Kuo Yang, candidato al dottorato di ricerca e primo autore della pubblicazione attraverso un'intervista via e-mail. Ha spiegato cosa lo ha ispirato a inventare il materiale ibrido.

La maggior parte della ricerca sui gel si è concentrata sul rendere la rete polimerica del gel più funzionale (cioè più "intelligente"). Al contrario, mi sono sempre chiesto: perché non rendere il liquido in gel più "intelligente"? Con questo in mente, il progetto è stato avviato un giorno, quando ho pensato che potrebbe essere interessante trasformare l'acetato di sodio (che ho visto dai termofori) in un gel", ha commentato

Lo spostamento morbido e duro del materiale richiede una breve puntura verso il gel, una stimolazione nota come nucleazione. La nucleazione è il primo passo per i cristalli auto-organizzanti per iniziare la sua transizione di fase. Ad esempio, quando le molecole di zucchero si saturano nell'acqua, la nucleazione permette loro di formare grandi cristalli, legandosi l'uno con l'altro. Allo stato duro, il materiale diventa 104 volte più rigido del suo stato morbido. Questo passaggio da difficile a morbido può essere realizzato attraverso un breve e delicato riscaldamento.

Kuo ha riconosciuto che esistono altri materiali funzionali in grado di regolare la loro rigidità di ordini di grandezza: "Le potenziali applicazioni del nostro materiale ibrido si sovrappongono generalmente con i materiali esistenti a memoria di forma o con materiali che cambiano rigidità"

"Tuttavia, ciò che rende i nostri materiali migliori di quelli esistenti è che i nostri materiali non richiedono energia aggiuntiva per mantenere gli stati di rigidità e sono quindi più efficienti dal punto di vista energetico", ha aggiunto.

Per il loro prossimo passo, il team di ingegneri dei materiali spera di affrontare uno dei difetti di questo lavoro: il liquido super raffreddato nel gel non è così stabile come vorrebbero. "senza lubrificare la superficie del gel, il contatto diretto del gel allo stato morbido può innescare cristallizzazioni involontarie. Di conseguenza, uno dei passi successivi è quello di individuare modi migliori per stabilizzare il liquido", ha detto Kuo.

Quest'ultima ricerca è riportata nella rivista Nature Materials.

Vuoi saperne di più sui metamateriali? Guarda questo video di Seeker.