I materiali liquidi notevoli chiamati colloidi si irrigidiscono sotto l'impatto. I ricercatori finanziati dal Fondo nazionale svizzero per la scienza hanno studiato l'effetto di impatti potenti come quelli prodotti da armi da fuoco o micrometeoriti.

A prima vista, i colloidi assomigliano a liquidi omogenei come il latte o il plasma sanguigno. Ma in realtà sono costituiti da particelle in sospensione. Alcuni colloidi hanno proprietà notevoli:possono irrigidirsi a seguito di un impatto e assorbire gli urti superficiali. Questa proprietà è di interesse per molte applicazioni, dai giubbotti antiproiettile agli scudi protettivi per i satelliti. I ricercatori finanziati dal Fondo nazionale svizzero per la scienza (FNS) hanno scoperto che il funzionamento di questi colloidi può cambiare drasticamente in risposta a impatti molto forti. Gli scienziati hanno anche sviluppato un modello che rende queste proprietà più facili da capire. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista PNAS .

Il professore del FNS Lucio Isa e il suo team all'ETH di Zurigo creano i cosiddetti cristalli colloidali bidimensionali. I cristalli sono costituiti da perle di silice di diversi millesimi di millimetro di diametro in una miscela di acqua e glicerina. In collaborazione con Chiara Daraio del Caltech e Stéphane Job dell'Institut supérieur de mécanique de Paris, i ricercatori hanno studiato come questo tipo di materiale assorbe gli urti.

Il team ha osservato che quando le particelle colloidali sono di dimensioni micrometriche, la forza e la velocità dell'impatto modificano il modo in cui gli urti vengono assorbiti. Al di sotto di una certa soglia, la viscosità del liquido è il fattore determinante, e i modelli classici descrivono molto bene il fenomeno. "Devi immaginare queste minuscole perle di vetro nel loro liquido, " dice Isa. "Durante un impatto, le perline si muovono e disperdono il fluido intorno a loro, più o meno rapidamente a seconda della sua viscosità. Il movimento del fluido è ciò che fa irrigidire l'intera cosa".

Quando lo shock è particolarmente intenso, il liquido non scorre più tra le perline, e si deformano. "In questa situazione, le proprietà fisiche delle perle influenzano fortemente l'assorbimento degli urti, e le solite equazioni non si applicano più, "dice Isa.

Impatto di un proiettile

Affinché le particelle abbiano un effetto, l'impatto deve essere estremamente intenso, come quello causato da un'arma da fuoco o da micrometeoriti (oggetti delle dimensioni di granelli di sabbia in grado di colpire i satelliti alla velocità di dieci chilometri al secondo).

"Non è stato facile generare impatti di questa intensità in laboratorio, " spiega Isa. Per farlo, i ricercatori hanno coperto con oro una piccola percentuale delle perle di silice. Quando esposto a luce laser pulsata, l'oro evaporò, producendo una potente onda d'urto nel colloide paragonabile a quella provocata, dire, dall'impatto di un micrometeorite.

Le telecamere ad altissima velocità hanno registrato l'azione attraverso l'obiettivo di un microscopio.

"I colloidi che mostrano tali proprietà sono materiali davvero interessanti da studiare, " dice Isa. "Per esempio, possono anche essere utilizzati per il futuro sviluppo di scudi che proteggono i satelliti dagli impatti dei micrometeoriti".