Il laboratorio di ricerca dell'aeronautica ha sviluppato sistemi di metallo liquido che cambiano autonomamente la struttura in modo da diventare migliori conduttori in risposta alle sollecitazioni.

I materiali conduttivi cambiano le loro proprietà quando vengono sollecitati o allungati. Tipicamente, la conduttività elettrica diminuisce e la resistenza aumenta con l'allungamento.

Il materiale recentemente sviluppato dagli scienziati AFRL, chiamate reti di metallo liquido polimerizzato, fa esattamente il contrario. Queste reti in metallo liquido possono essere tese fino al 700%, rispondere autonomamente a quella tensione per mantenere la resistenza tra quei due stati praticamente la stessa, e ritornano ancora al loro stato originale. Tutto è dovuto alla nanostruttura auto-organizzata all'interno del materiale che esegue automaticamente queste risposte.

"Questa risposta allo stretching è l'esatto opposto di quello che ti aspetteresti, " ha detto il dottor Christopher Tabor, Ricercatore capo dell'AFRL nel progetto. "In genere un materiale aumenta di resistenza quando viene allungato semplicemente perché la corrente deve passare attraverso più materiale. Sperimentare con questi sistemi di metallo liquido e vedere la risposta opposta è stato completamente inaspettato e francamente incredibile finché non abbiamo capito cosa stava succedendo".

I fili che mantengono le loro proprietà in questi diversi tipi di condizioni meccaniche hanno molte applicazioni, come l'elettronica indossabile di nuova generazione. Ad esempio, il materiale potrebbe essere integrato in un indumento a maniche lunghe e utilizzato per trasferire potenza attraverso la maglia e attraverso il corpo in modo che piegando un gomito o ruotando una spalla non cambi la potenza trasferita.

I ricercatori dell'AFRL hanno anche valutato le proprietà di riscaldamento del materiale in un fattore di forma simile a un guanto riscaldato. Hanno misurato la risposta termica con un movimento prolungato delle dita e hanno mantenuto una temperatura quasi costante con una tensione applicata costante, a differenza degli attuali riscaldatori estensibili all'avanguardia che perdono una notevole generazione di energia termica quando vengono sollecitati a causa delle variazioni di resistenza. Queste proprietà e i dettagli di fabbricazione del materiale sono direttamente confrontati nell'attuale numero di Materiale avanzato .

Questo progetto è iniziato nell'ultimo anno ed è stato sviluppato in AFRL con i fondi per la ricerca fondamentale dell'Air Force Office of Scientific Research. Attualmente è allo studio per un ulteriore sviluppo in collaborazione con aziende private e università. Lavorare con le aziende sulla ricerca cooperativa è vantaggioso perché prendono i primi sistemi che funzionano bene in laboratorio e li ottimizzano per un potenziale aumento di scala. In questo caso, consentiranno l'integrazione di questi materiali nei tessuti che possono servire a monitorare e aumentare le prestazioni umane.

I ricercatori iniziano con singole particelle di metallo liquido racchiuse in un guscio, che assomigliano a palloncini d'acqua. Ogni particella viene quindi legata chimicamente alla successiva attraverso un processo di polimerizzazione, simile all'aggiunta di collegamenti in una catena; in questo modo tutte le particelle sono collegate tra loro.

Man mano che le particelle di metallo liquido collegate vengono tese, le particelle si strappano e il metallo liquido fuoriesce. Le connessioni si formano per conferire al sistema sia la conduttività che l'elasticità intrinseca. Durante ogni ciclo di stiramento successivo al primo, la conduttività aumenta e torna alla normalità. Ed infine, non si rileva affaticamento dopo le 10, 000 cicli.

"La scoperta delle reti in metallo liquido polimerizzato è l'ideale per l'erogazione di energia estensibile, sensori e circuiti, " ha detto il capitano Carl Thrasher, chimico ricercatore all'interno della direzione Materiali e produzione presso AFRL e autore principale dell'articolo della rivista. "I sistemi di interfacciamento umano saranno in grado di operare in continuo, pesare di meno, e fornire più potenza con questa tecnologia."

"Pensiamo che questo sia davvero eccitante per una moltitudine di applicazioni, " ha aggiunto. "Questo è qualcosa che non è disponibile oggi sul mercato, quindi siamo davvero entusiasti di presentarlo al mondo e spargere la voce".