Ricercatori del Laboratorio di Elettronica Organica, Università di Linköping, hanno scoperto un materiale che può aumentare e ridurre il proprio volume se esposto a un debole impulso elettrico. In una spugna, o filtro, i ricercatori possono controllare la dimensione delle particelle che passano attraverso.

Materiali, come solidi e gel, che cambiano volume a seconda della temperatura o del pH sono disponibili da tempo. Tali materiali sono utilizzati nelle unità di controllo (un esempio sono le finestre delle serre che si aprono e si chiudono automaticamente a seconda della temperatura). Sono utilizzati anche nei robot e in altri sistemi elettromeccanici e nelle applicazioni in biomedicina. Una proprietà che i ricercatori hanno, però, a lungo ricercato è il cambiamento di un materiale da una forma solida a uno stato gelificato con l'ausilio di un segnale elettrico. È particolarmente desiderabile che tale controllo elettronico della transizione di fase sia reversibile. L'obiettivo è quello di essere in grado di controllare il volume con mezzi elettrici. Questo è possibile nei materiali attuali, ma i ricercatori sono riusciti solo ad ottenere al massimo un raddoppio del volume.

Scienziati del Laboratorio di Elettronica Organica, Campus Norrköping, ora hanno scoperto un nuovo materiale, un polimero conduttore, che può aumentare il suo volume di un fattore superiore a 100. Il materiale è stato sintetizzato in collaborazione con ricercatori dell'Imperial College di Londra. Il cambiamento avviene quando il materiale viene posto in un elettrolita e sottoposto a una debole tensione elettrica di +0,8 V. Se una tensione negativa, -0,8 V, viene invece applicato, i contratti materiali, quasi per tutto il tragitto fino al suo volume originale.

Si tratta di una variazione di volume significativamente maggiore rispetto a quelle precedentemente riportate, non solo nei polimeri conduttori ma anche in altri materiali controllati da un segnale elettrico.

Gli esperimenti condotti da Johannes Gladisch ed Eleni Stavrinidou hanno visto il polimero conduttore posizionato come un film con uno spessore di pochi micrometri attorno a una fibra di carbonio elettricamente conduttrice (mostrata nel video qui linkato). Quando vengono applicati impulsi elettrici con ampiezza di +0,5 V o +0,8 V, il materiale cambia la sua struttura interna, quindi assorbe l'acqua e viene infine convertito in un gel che si espande fino a 14 o 120 volte il volume originale. Quando vengono applicati ripetutamente impulsi di grandezza +/- 0,5 V, il materiale si espande di circa il 300%, o per tre volte, rispetto al suo precedente stato contrattuale. La variazione di volume è reversibile.

Gli scienziati descrivono anche un'applicazione nell'articolo, pubblicato in Scienze avanzate . Questa è una spugna intelligente, o filtro, in cui possono controllare elettronicamente l'espansione, e in questo modo cambia la dimensione dei pori dell'85%.

"Possiamo controllare elettronicamente la dimensione dei pori di un filtro, e potenzialmente controllare attivamente la dimensione delle particelle che attraversano. Ciò significa che le proprietà di questo filtro intelligente possono essere modificate dinamicamente per consentire il passaggio di diversi tipi o diverse dimensioni di particelle. Questa funzione può essere utilizzata per setacciare, filtrazione, purificazione, e nella chimica di processo. Può anche avere applicazioni in medicina e biochimica", dice Magnus Berggren, professore di elettronica organica e direttore del Laboratorio di Elettronica Organica.