Metamateriale ferroelettrico molecolare stampato in 3D in perclorato di imidazolo. Credito:Università di Buffalo
Un team di ricerca guidato dall'Università di Buffalo ha segnalato un nuovo metamateriale ferroelettrico molecolare stampato in 3D.
L'avanzamento, pubblicato lunedì in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , è un passo avanti per rendere questi straordinari materiali creati in laboratorio più convenienti e adattabili a innumerevoli tecnologie multifunzionali. Potrebbe beneficiare di tutto, dalle coperte acustiche per l'insonorizzazione degli aerei agli ammortizzatori e ai mantelli elastici che proteggono i sistemi elettronici sensibili dai disturbi meccanici esterni.
"Il cielo è il limite quando si tratta di metamateriali ferroelettrici, " dice l'autore principale dello studio, Shenqiang Ren, dottorato di ricerca, docente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate UB.
Tra gli interessi di ricerca di Ren, che ricopre incarichi nel Dipartimento di Chimica di UB e nell'Istituto RENEW dell'università, è la progettazione e l'assemblaggio di ferroelettrici molecolari ad alta temperatura. Per lo studio, ha messo insieme una squadra che comprende:
Sei ricercatori studenti laureati, guidati da Yong Hu nel laboratorio di Ren, Zipeng Guo nel laboratorio di Zhou e Andrew Ragonese nel laboratorio di Nouh sono tra i coautori dello studio.
Un metamateriale è qualsiasi materiale progettato per avere una proprietà che non si trova nei materiali naturali. La ferroelettricità si riferisce a sostanze cristalline che hanno una polarizzazione elettrica spontanea che è reversibile da un campo elettrico.
Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno studiato come unire materiali con queste proprietà. Mentre sono stati compiuti progressi, i ricercatori hanno lottato per produrre metamateriali ferroelettrici che siano convenienti e facilmente adattabili a dispositivi elettronici e meccanici.
Il nuovo studio prende di mira questi problemi utilizzando gli ultimi progressi nel campo dell'informatica, produzione di additivi, progettazione dei materiali, acustica e altri campi.
Il team di ricerca ha ideato un piano per stampare in 3D un reticolo cristallino ferroelettrico supportato da impalcature fatto di perclorato di imidazolo.
Una tecnologia di produzione avanzata emergente, Le stampanti 3D possono fabbricare direttamente prodotti dal design digitale con un controllo preciso sulle strutture, materiali e funzionalità, dice Zhou. A sua volta, questo crea opportunità per far progredire le scoperte di materiali ed espandere le applicazioni industriali.
Le scoperte, Ren dice, spianare la strada all'uso di stampanti 3D per creare metamateriali ferroelettrici molecolari. Il design unico del reticolo consente di correggere automaticamente eventuali deviazioni dal design mentre il materiale è ancora in fase di stampa. Anche, la rigidità del materiale - quanto resiste alla deformazione - è riprogrammabile, quale, a sua volta, consente ai ricercatori di "sintonizzare" il materiale per filtrare diverse frequenze di lunghezza d'onda.
Su carta, Nouh dice, i metamateriali forniscono una piattaforma unica per ottenere un controllo senza precedenti sulla propagazione del suono e sulla manipolazione delle onde acustiche. Tale potenziale può essere realizzato solo se i ricercatori sono in grado di creare tali materiali, un obiettivo verso il quale questo lavoro si muove.
Il lavoro è stato parzialmente finanziato dall'Ufficio di ricerca dell'esercito americano (ARO).
"Uno dei motivi per cui ARO sta finanziando il progetto del professor Ren è che i ferroelettrici molecolari sono suscettibili di metodi di elaborazione dal basso verso l'alto, come la stampa 3D, che altrimenti sarebbero difficili da usare con i ferroelettrici ceramici tradizionali, " ha detto Evan Runnerstrom, dottorato di ricerca, responsabile del programma Army Research Office, un elemento del laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti. "Questo apre la strada a metamateriali sintonizzabili per lo smorzamento delle vibrazioni o all'elettronica riconfigurabile, che potrebbe consentire alle future piattaforme dell'esercito di adattarsi alle mutevoli condizioni".
