Forti e resistenti ma leggeri come una piuma:i materiali con questa eccezionale combinazione di proprietà sono urgentemente necessari in molti settori industriali e in medicina, oltre ad essere di grande interesse per la ricerca scientifica. Un gruppo di ricerca dell'Università di Bayreuth ha ora sviluppato fibre polimeriche con proprio queste proprietà. Insieme ai partner in Germania, Cina e Svizzera, le fibre polimeriche sono state caratterizzate. Gli scienziati hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Scienza .

"Le fibre che abbiamo scoperto possono essere prodotte facilmente utilizzando processi ad alta tecnologia già affermati nel settore e sulla base di polimeri facilmente disponibili in tutto il mondo. Una singola fibra è sottile come un capello umano, pesa meno di un moscerino della frutta, eppure è molto forte:può sollevare un peso di 30 grammi senza strapparsi. Ciò corrisponde a circa 150, 000 volte il peso di un moscerino della frutta. Esperimenti sull'elevata resistenza alla trazione di queste fibre hanno inoltre rivelato la loro estrema tenacità. Ciò significa che ogni singola fibra può assorbire molta energia, " spiega il Prof. Dr. Andreas Greiner, chi è il capo del gruppo di ricerca Macromolecular Chemistry II presso l'Università di Bayreuth, e chi ha guidato il lavoro di ricerca. Coinvolti anche i ricercatori del Forschungszentrum Jülich, l'Università Martin Lutero di Halle-Wittenberg, il Fraunhofer-Institute for Microstructure of Materials and Systems (IMWS), la Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, l'Università Normale di Jiangxi, Nanchang, e il Politecnico di Zurigo.

Grazie alle loro proprietà uniche, le fibre polimeriche sono ideali per componenti tecnici esposti a carichi elevati. Consentono applicazioni innovative in un'ampia varietà di campi, ad esempio nell'industria tessile o nella tecnologia medica, nell'ingegneria automobilistica, o nel settore aerospaziale. Inoltre, le fibre polimeriche possono essere riciclate facilmente. "Siamo certi che i risultati della nostra ricerca abbiano aperto le porte a una nuova, classe di materiali lungimirante. Nel prossimo futuro si possono prevedere applicazioni pratiche da parte dell'industria. Nella scienza dei polimeri, le nostre fibre saranno in grado di fornire preziosi servizi nell'ulteriore ricerca e sviluppo di materiali funzionali ad alte prestazioni, "dice Greiner.

La base chimica di queste fibre promettenti è il poliacrilonitrile. Una singola fibra con un diametro di circa 40, 000 nanometri è composto da un massimo di 4, 000 fibrille ultrasottili. Queste fibrille sono legate da piccole quantità di un additivo. Le immagini radiografiche tridimensionali mostrano che le fibrille all'interno della fibra sono quasi sempre disposte nella stessa direzione longitudinale. "Abbiamo preparato queste fibre di poliacrilonitrile multifibrillare in un laboratorio per l'elettrofilatura presso l'Università di Bayreuth e le abbiamo testate ampiamente per le loro proprietà e comportamento. La loro forza unica in combinazione con un alto grado di tenacità non ha mai smesso di affascinarci, " riferisce lo scienziato dei polimeri di Bayreuth Prof. Dr. Seema Agarwal.

L'autore principale dello studio pubblicato su Scienza è Xiaojian Liao, un ricercatore di dottorato in chimica a Bayreuth. "Sono molto contento di aver potuto contribuire a questo successo di ricerca nella scienza dei materiali come parte della mia tesi di dottorato. L'intenso contatto interdisciplinare tra chimica, fisica, e le scienze dei materiali nel campus di Bayreuth hanno fornito un impulso critico negli ultimi anni, "dice Liao.