Plastica dalle mille facce:un unico pezzo di pellicola Nafion consente di produrre un'ampia gamma di complesse strutture 3D. Nel diario Angewandte Chemie , i ricercatori descrivono come usano una semplice "programmazione" chimica per indurre la lamina a piegarsi usando i principi dell'origami e del kirigami. Queste pieghe possono essere "cancellate" ripetutamente e la pellicola può essere "riprogrammata".

Abbiamo visto tutti le gru e i fiori di loto prodotti da un foglio di carta da mani esperte. L'origami è la tradizionale arte giapponese della piegatura che trasforma la carta in complesse strutture tridimensionali senza l'uso di adesivo. Kirigami è una tecnica correlata in cui la carta viene tagliata strategicamente prima di piegarla. Entrambe queste tecniche hanno trovato applicazione nella tecnologia moderna.

Adebola Oyefusi e Jian Chen dell'Università del Wisconsin - Milwaukee (USA) hanno presentato una nuova variante di questa tecnica. Hanno "programmato" chimicamente il foglio di Nafion in modo che il calore lo faccia piegare in forme tridimensionali complesse. La pellicola può anche essere "deprogrammata". Nafion è un polimero che può "ricordare" la sua forma, in modo che un foglio allungato ritorni alla sua forma iniziale dopo il riscaldamento.

Il segreto di questo trucco è questo:Nafion può essere protonato in un ambiente acido e deprotonato in uno basico. Quando protonato, Nafion allungato si restringe a temperature superiori a 100 °C, quando deprotonato deve essere riscaldato oltre i 260 °C. Finché la temperatura rimane all'interno di questo intervallo, solo le regioni del Nafion che sono protonate si ridurranno. Il Nafion deprotonato è "bloccato" e non si restringe. I ricercatori ne fanno uso programmando le informazioni necessarie per piegare sotto forma di uno schema di regioni "sbloccate" in un pezzo allungato di lamina di Nafion che è stata "bloccata" con idrossido di potassio. Il motivo viene "dipinto" sul foglio utilizzando acido cloridrico. Quando riscaldato sopra i 100 °C, il foglio si restringe nella zona delle linee e si ripiega lungo queste "piega".

Gli scienziati hanno realizzato alcune strutture semplici e alcune complesse, come un uccello e uno schema di strappo a zigzag comune nella pratica tecnica; pannelli solari per satelliti, Per esempio, si trasportano piegati e si distendono con un solo movimento. La semplice chimica acido-base e il riscaldamento "cancellarono" le strutture e i fogli di nafion potevano essere codificati e piegati in un modo nuovo.

Le strutture 3D in Nafion possono essere utilizzate come master mold. Questo può essere usato per colare uno stampo secondario da materie plastiche come il polidimetilsilossano, che può quindi essere utilizzato per realizzare componenti stampati da un'ampia varietà di materiali, compresi i polimeri, ceramica, o metallo. Gli stampi master riprogrammabili fanno risparmiare tempo, soldi, e rifiuti perché possono essere riutilizzati direttamente senza un costoso processo di riciclaggio.