Quando si tratta di occupare spazio senza aggiungere troppo peso, la bolla non può essere battuta. Perché sono per lo più aria, sono ultraleggeri e possono espandersi per riempire qualsiasi spazio.

Ricercatori dell'Università della Pennsylvania, in collaborazione con i ricercatori del Korea Institute of Science and Technology ha recentemente trovato un modo per sfruttare queste proprietà delle bolle per creare "microbombe, " un tipo di materiale che si espande con il calore per formare "microcluster, " che si adattano a riempire la loro reclusione fisica.

Quando si espande a grandi volumi e si riempiono gli spazi, i microcluster diventano estremamente leggeri con bordi morbidi e adattabili. Utilizzando questo materiale, i ricercatori sperano di poter migliorare l'isolamento termico e acustico, schermatura dalle interferenze elettromagnetiche e un processo chiamato jamming che è stato utilizzato nella robotica e nella progettazione dei materiali.

La ricerca è stata co-guidata dal postdoc Hyesung Cho, che è stato consigliato da Shu Yang, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Penn's School of Engineering and Applied Science, e il postdoc Seunggun Yu, che è stato consigliato da Chong Min Koo, capo del centro e ricercatore principale presso il Centro di ricerca sull'architettura dei materiali presso KIST. I loro risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Oltre a determinare quante bolle erano necessarie per occupare un dato spazio, i ricercatori volevano sapere come questo materiale avrebbe riempito i modelli e se potevano incidere modelli sulle superfici dei cluster.

"Ci siamo ispirati al modo in cui gli agricoltori in Giappone producono angurie di forma quadrata, "Cho ha detto, "coltivandoli in gabbie di plastica".

Per indagare su questo, i ricercatori hanno preparato micropozzetti da un materiale rigido che non poteva essere deformato contro l'espansione delle microbombe. Hanno quindi riscaldato con cura le microbombe, facendoli espandere, assottigliando il guscio attorno alla "bolla" senza romperla.

Utilizzando questa strategia, i ricercatori sono stati in grado di creare microcluster con un'ampia varietà di forme, come i cerchi, triangoli, piazze, pentagoni ed esagoni, e partizioni (da singole a più unità per cluster), profili dei bordi (dagli spigoli tondi agli spigoli vivi) e gerarchia. Sono stati in grado di trasferire micro-nanoschemi sulla superficie dei microcluster.

"La cosa bella del nostro approccio, "Yang ha detto, "è che possiamo effettivamente inscrivere qualsiasi schema nel muro all'interno del confinamento fisico, così, quando il materiale si espande e si ammorbidisce, modellerà il disegno del muro in quelle perline".

Queste microbombe possono essere utilizzate in un processo chiamato "jamming, " particelle che si schiacciano insieme in uno spazio ristretto. L'inceppamento può essere utilizzato per afferrare oggetti e raccoglierli, che è particolarmente utile nella robotica. Altre proprietà fisiche dei sistemi bloccati sono utili per migliorare i materiali utilizzati nell'elettronica, come gli schermi del telefono.

I ricercatori sperano che una migliore comprensione dell'esplosione volumetrica delle microbombe e del modo in cui reagiscono a determinate condizioni e l'interazione tra gli atomi del materiale consentirà loro di migliorare questo processo di inceppamento.

Usando questo metodo, i ricercatori sperano anche di creare materiali estremamente leggeri in grado di riempire grandi spazi, che potrebbe essere utile nell'isolamento.

"Quando guardi qualcosa di vuoto, come un soffitto, " Yang ha detto. "C'è aria per effettivamente fornire calore e isolamento acustico. La domanda ora è come possiamo progettare questo materiale leggero per riflettere la luce, calore e/o suono sfruttando le strutture cave al di là di una semplice funzione."

Inscrivendo modelli sui microcluster, sperano di imitare strutture complesse in natura, come i peli della formica del Sahara, che sono cavi ma triangolari. La superficie presenta ondulazioni sulle facce superiori del prisma triangolare e un fondo piatto rivolto verso il corpo della formica. Il design complesso consente ai peli della formica di riflettere efficacemente la luce infrarossa e di mantenere fresco il corpo della formica nella calda sabbia del deserto.