Spiderman ha capito.

Non è un caso quindi che quando Sheng Shen parla del suo lavoro con le nanofibre polimeriche lo paragona a un ragno che tesse la sua tela.

"Proprio come un ragno sintetizza la seta da un polimero proteico per formare una fibra con una resistenza simile all'acciaio ad alta resistenza, i polimeri possono essere filati e trafilati per formare materiali ad alta resistenza con conduttività termica eccezionalmente elevata, " ha detto Shen, professore associato di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University.

Shen e il suo team hanno sviluppato una nanofibra polimerica che è forte, leggero, termicamente conduttivo, isolante elettricamente, e biocompatibile. Hanno realizzato tutto questo in un singolo filo di fibra polimerica che misura meno di 100 nanometri.

Secondo Shen, l'impatto potenziale di questo sviluppo è enorme. Le caratteristiche della sua nanofibra polimerica gli danno applicazione nei sistemi aerospaziali e automobilistici, ingegneria civile e strutturale, dispositivi medici, e robotica.

Nella loro forma più semplice, i polimeri sono molte molecole identiche unite tra loro più e più volte. Le molecole potrebbero essere unite in catene "semplici" o strutture più complicate. In entrambi i casi, il polimero risultante ha le stesse caratteristiche delle molecole utilizzate per crearlo. Ciò significa che un polimero potrebbe essere appiccicoso, solido, flessibile, o un numero qualsiasi di altre caratteristiche fisiche contenute nelle sue molecole.

Tradizionalmente, ha detto Shen, i polimeri sono "la piattaforma materiale generale (utilizzata) per sviluppare materiali multifunzionali, "comprese le plastiche, nylon, e gomme. I polimeri sono facilmente lavorabili a prezzi relativamente bassi, ma hanno i loro svantaggi.

I polimeri sfusi prototipici sono spesso amorfi, il che significa che le loro catene molecolari sono avvolte casualmente e prive di una forma e una forma definite. Questa mancanza di definizione può portare a una forza ridotta, ridotta conducibilità termica, e aumento dei difetti come vuoti e grovigli di molecole.

La sfida consisteva nello sviluppo di un polimero che fosse al tempo stesso ultraresistente e termicamente conduttivo.

Per Shen, il posto giusto per farlo era a livello nanometrico. A questo livello, un miliardesimo di metro, Shen può ingegnerizzare singole molecole per unirsi esattamente nel modo in cui vuole che si uniscano.

"Su scala nanometrica, le catene polimeriche diventano altamente orientate e i difetti che riducono la resistenza e la conduttività termica possono essere eliminati, "Ha detto Shen.

La nanofibra polimerica risultante ha un modulo di Young (la misura della rigidità di un materiale solido) e una forza che secondo Shen è 300 volte maggiore rispetto ai polimeri sfusi.

Per quanto riguarda la conducibilità termica, Shen riferisce che la sua nanofibra polimerica misura un tasso di conduttività di 100 W/mK. In media, il tasso di conduttività dell'acciaio è 54 W/mK e il tasso del ferro è 73 W/mK.

"Queste nanofibre forniscono un percorso a basso costo per ottenere una rimozione del calore altamente efficace nei sistemi elettronici, " ha detto Shen. "Possono anche essere diffusori di calore biocompatibili per migliorare la cura del paziente".

Ad oggi, Shen e il suo team hanno testato singole nanofibre. Sulla base dei risultati di tali test, hanno rivolto la loro attenzione alla creazione di un approccio produttivo innovativo che consentirà la produzione di massa delle nanofibre polimeriche.

Shen è sicuro che lui e il suo team hanno inventato un prodotto che avrà un impatto pratico e su larga scala prima piuttosto che dopo.

"Crediamo davvero che questa sia una tecnologia rivoluzionaria, trasformando i polimeri da materiali morbidi e termicamente isolanti a materiali ultra resistenti e termicamente conduttivi, "Ha detto Shen.

dottorato di ricerca il candidato Ramesh Shrestha e Maarten de Boer, professore di ingegneria meccanica, ha dato un contributo significativo a questa ricerca. I risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .