Trovare il giusto equilibrio tra morbidezza e robustezza, il legno di balsa è un materiale scelto per la fabbricazione di qualsiasi cosa, dai modellini di aeroplani alle pale di turbine eoliche a grandezza naturale. Scienziati negli Stati Uniti e in Cina hanno aperto un nuovo regno di possibilità per la balsa dirottando la sua struttura naturale con trattamenti chimici e fisici per trasformarla in una "spugna di legno e carbonio" in grado di resistere a ripetute compressioni e altre condizioni meccaniche estreme. Il loro lavoro appare il 1 marzo sulla rivista chimica .

"I nostri risultati rivelano che la balsa rigida e incomprimibile può essere resa altamente comprimibile mediante un trattamento chimico e un processo di carbonizzazione, ottenendo una spugna di legno e carbonio con compressibilità meccanica e resistenza alla fatica e sensibilità alla risposta elettrica che supera quelli della maggior parte dei materiali carboniosi comprimibili riportati, ", afferma il co-autore senior Liangbing Hu, un nano-ingegnere e scienziato dei materiali presso l'Università del Maryland, A. James Clark School of Engineering di College Park (UMD). "Poiché questa spugna di legno e carbonio è fabbricata completamente in legno naturale con un metodo semplice ed economico, il materiale di partenza è anche eccezionalmente rinnovabile e sostenibile, al contrario di opzioni popolari come i nanotubi di carbonio o il grafene".

Gli autori hanno ottenuto l'architettura flessibile ma resistente della spugna di legno di carbonio utilizzando prodotti chimici comuni per distruggere le fibre rigide di emicellulosa e lignina che mantengono la normale struttura della parete cellulare del legno di balsa e quindi riscaldando il legno trattato a 1, 000°C per trasformare il materiale organico in solo carbonio. L'effetto netto del processo è stato quello di far crollare il ripetuto, regolare, tasche rettangolari tipiche della microstruttura della balsa e di altri legni e sostituirle con una pila di ondulato, incastro, fogli di carbonio ad arco, paragonato da Hu a un incrocio tra una molla a spirale e un nido d'ape.

Mentre il normale legno carbonizzato, ottenuto dalla sola fase di riscaldamento senza alcuna modifica chimica, è così fragile che ogni ragionevole forza applicata lo polverizza irreversibilmente in cenere e polvere, la spugna di legno di carbonio ha resistito e ha rimbalzato da una compressione sostanziale fino a 10, 000 prove consecutive prima che la deformazione si manifestasse. Tale prestazione inizialmente ha sorpreso il team di ricerca, che era anche guidato da Teng Li, un ingegnere meccanico presso l'Università del Maryland, Parco dell'università, e Jia Xie, un ingegnere elettrico presso la Huazhong University of Science and Technology (Cina).

Dopo aver condotto ulteriori prove meccaniche ed elettriche sulla spugna, i ricercatori sono stati in grado di incorporarne una fetta in un prototipo di sensore di deformazione adatto per il fissaggio a un dito umano, una qualità desiderabile per l'uso nell'elettronica indossabile per il fitness o il monitoraggio della salute.

I ricercatori ritengono che il materiale in spugna di legno e carbonio potrebbe anche essere incorporato in dispositivi di purificazione dell'acqua e tecnologie di accumulo di energia e di conversazione, come supercondensatori e batterie ricaricabili. "Le abbondanti applicazioni illustrano il valore di una strategia che esplora le potenzialità nascoste dei materiali naturali, come alberi, traendo ispirazione da altre strutture e fonti naturali, " dice Hu.