Le fibre ad alte prestazioni che sono state esposte ad alte temperature di solito perdono le loro proprietà meccaniche non rilevate e, Nel peggiore dei casi, possono strappare proprio quando le vite dipendono da loro. Per esempio, funi di sicurezza utilizzate dai vigili del fuoco o funi di sospensione per carichi pesanti nei cantieri. I ricercatori dell'Empa hanno ora sviluppato un rivestimento che cambia colore se esposto ad alte temperature per attrito o fuoco.

Il pompiere corre nell'edificio in fiamme e cerca sistematicamente stanza per stanza alla ricerca di persone bisognose di soccorso. Attaccata a lui c'è una fune di sicurezza all'altra estremità della quale i suoi colleghi stanno aspettando fuori davanti all'edificio. In caso di emergenza, se per qualsiasi motivo dovesse perdere conoscenza, possono tirarlo fuori dall'edificio o seguirlo nell'edificio per salvarlo. Però, se questa fune è stata esposta a calore eccessivo durante le operazioni precedenti, potrebbe rompersi. Questo significa pericolo per la vita! E fino ad ora non c'è stato modo di notare questo danno alla corda. Un team di ricercatori dell'Empa e dell'ETH di Zurigo ha ora sviluppato un rivestimento che cambia colore a causa della reazione fisica con il calore, indicando così chiaramente se una corda continuerà a fornire la sicurezza che promette in futuro.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Empa hanno sviluppato un sistema di rivestimento nel 2018 come parte di una tesi di Master, che il team Empa è stato ora in grado di applicare alle fibre. "È stato un processo che ha comportato diversi passaggi, " afferma Dirk Hegemann del laboratorio Advances Fibers di Empa. I primi rivestimenti funzionavano solo su superfici lisce, quindi il metodo doveva prima essere adattato in modo che funzionasse anche su superfici curve. L'Empa dispone di un vasto know-how nel rivestimento delle fibre:Hegemann e il suo team hanno già sviluppato in passato fibre elettricamente conduttive (vedi link). Il cosiddetto processo di sputtering è stato ora applicato con successo anche all'ultimo rivestimento.

Strati sottilissimi di grande effetto

Sono necessari tre strati per garantire che la fibra cambi effettivamente colore quando viene riscaldata. I ricercatori applicano l'argento alla fibra stessa, in questo caso PET (cioè poliestere) e VectranTM, una fibra ad alta tecnologia. Questo serve da riflettore, in altre parole, come strato di base metallico. Segue uno strato intermedio di ossido di azoto di titanio, che assicura che l'argento rimanga stabile. E solo allora segue lo strato amorfo che provoca il cambiamento di colore:tellurio germanio-antimonio (GST), che ha uno spessore di soli 20 nanometri. Quando questo strato è esposto a temperature elevate, si cristallizza, cambiando il colore dal blu al bianco. Il cambiamento di colore si basa su un fenomeno fisico noto come interferenza. Due onde diverse (ad esempio la luce) si incontrano e si amplificano o si indeboliscono a vicenda. A seconda della composizione chimica dello strato sensibile alla temperatura, questo cambiamento di colore può essere regolato in un intervallo di temperatura compreso tra 100 e 400 gradi e quindi adattato alle proprietà meccaniche del tipo di fibra.

Soluzioni su misura

I possibili campi di applicazione per le fibre cangianti sono ancora aperti, e Hegemann è attualmente alla ricerca di possibili partner di progetto. Oltre alle dotazioni di sicurezza per vigili del fuoco o alpinisti, le fibre possono essere utilizzate anche per funi di carico negli impianti di produzione, nei cantieri, ecc. In ogni caso, la ricerca sull'argomento è lungi dall'essere completa. Attualmente, non è ancora possibile conservare le fibre per lunghi periodi senza perdere la loro funzionalità. "Sfortunatamente, i materiali a cambiamento di fase si ossidano nel giro di pochi mesi, " dice Hegemann. Ciò significa che il corrispondente cambiamento di fase - la cristallizzazione - non avviene più, anche con il caldo, e la corda perde così il suo "segnale di avvertimento". In ogni caso, è stato dimostrato che il principio funziona, e la durata è un argomento per la ricerca futura, dice Hegemann. "Non appena i primi partner dell'industria registrano il loro interesse per i nostri prodotti, le fibre possono essere ulteriormente ottimizzate in base alle loro esigenze."