Immagina una gomma che potrebbe guarire dopo essere stata forata o un elastico che non si è mai spezzato.

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un nuovo tipo di gomma che è resistente come la gomma naturale, ma può anche autoripararsi.

La ricerca è pubblicata su Materiale avanzato .

I materiali autorigeneranti non sono una novità:i ricercatori del SEAS hanno sviluppato idrogel autorigeneranti, che si affidano all'acqua per incorporare legami reversibili che possono favorire la guarigione. Però, la progettazione di proprietà autorigeneranti in materiali secchi, come la gomma, si è dimostrata più impegnativa. Questo perché la gomma è composta da polimeri spesso collegati da permanente, legami covalenti. Mentre questi legami sono incredibilmente forti, non si ricollegheranno mai una volta interrotti.

Per rendere una gomma auto-riparabile, il team aveva bisogno di rendere reversibili i legami che collegano i polimeri, in modo che i legami potessero spezzarsi e riformarsi.

"La ricerca precedente utilizzava legami idrogeno reversibili per collegare i polimeri per formare una gomma, ma i legami reversibili sono intrinsecamente più deboli dei legami covalenti, " disse Li-Heng Cai, un borsista post-dottorato presso SEAS e corrispondente autore del documento. "Questo ha sollevato la questione, possiamo fare qualcosa di difficile ma possiamo ancora auto-guarirci?"

Caio, insieme a Jinrong Wu, un visiting professor dell'Università di Sichuan, Cina, e autore senior David A. Weitz, Mallinckrodt Professore di Fisica e Fisica Applicata, ha sviluppato una gomma ibrida con legami sia covalenti che reversibili.

Il concetto di mescolare legami covalenti e reversibili per creare un la gomma autorigenerante è stata proposta in teoria da Cai ma mai mostrata sperimentalmente perché i legami covalenti e reversibili non amano mischiarsi.

"Questi due tipi di legami sono intrinsecamente immiscibili, come olio e acqua, " disse Cai.

Così, i ricercatori hanno sviluppato una corda molecolare per legare insieme questi due tipi di legami. Questa corda, chiamati polimeri ramificati casualmente, permette di miscelare omogeneamente su scala molecolare due legami precedentemente non miscelabili. Così facendo, sono stati in grado di creare un trasparente, difficile, gomma autorigenerante.

La gomma tipica tende a rompersi in un determinato punto di sollecitazione quando viene applicata la forza. Quando allungato, la gomma ibrida sviluppa le cosiddette manie in tutto il materiale, una caratteristica simile alle crepe ma collegata da filamenti fibrosi. Queste manie ridistribuiscono lo stress, quindi non esiste un punto di stress localizzato che può causare guasti catastrofici. Quando lo stress viene rilasciato, il materiale torna alla sua forma originale e le manie guariscono.

L'Office of Technology Development di Harvard ha depositato una domanda di brevetto per la tecnologia ed è attivamente alla ricerca di opportunità di commercializzazione.

La capacità di autoriparazione è interessante per un'ampia varietà di prodotti in gomma.

"Immagina di poter usare questo materiale come uno dei componenti per realizzare uno pneumatico, " disse Wu. "Se hai un taglio attraverso la gomma, questo pneumatico non dovrebbe essere sostituito subito. Anziché, si autoguarirebbe durante la guida abbastanza da darti un margine di manovra per evitare danni drammatici."

"C'è ancora molto da fare, " ha detto Weitz. "Per la scienza dei materiali, non è del tutto chiaro il motivo per cui questa gomma ibrida mostra delle manie quando viene allungata. Per l'ingegneria, le applicazioni della gomma ibrida che sfruttano la sua eccezionale combinazione di trasparenza ottica, durezza, e la capacità di autoguarigione restano da esplorare. Inoltre, il concetto di utilizzare il design molecolare per mescolare legami covalenti e reversibili per creare un elastomero ibrido omogeneo è abbastanza generale e dovrebbe consentire lo sviluppo di polimeri autorigeneranti di uso pratico."