I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un nuovo tipo di laminato che cambia colore non appena il materiale si deforma. Per di qua, i ricercatori dei materiali possono prendere due piccioni con una fava:un materiale composito leggero che si ispeziona da solo.

La costruzione leggera ha trovato la sua strada in molte aree, in particolare la produzione automobilistica, costruzione navale e aeronautica. Oltre ai tradizionali metalli leggeri come l'alluminio, magnesio o titanio, le applicazioni portanti sono sempre più caratterizzate da materiali compositi. Ciò sta determinando la necessità concomitante di sviluppare nuove tecniche e metodi per l'individuazione precoce di danni o addirittura del possibile guasto di tali materiali ancora poco studiati.

Ricercatori del Complex Materials Group dell'ETH di Zurigo, lavorando in collaborazione con ricercatori dell'Università di Friburgo, hanno ora adottato un approccio che ha recentemente attirato l'attenzione nella ricerca sui materiali:hanno creato un materiale leggero che utilizza un cambiamento di colore per indicare una deformazione interna e quindi un possibile guasto del materiale in una fase iniziale. Composto da singoli strati, il loro laminato è traslucido, resistente alla rottura e tuttavia molto leggero.

Madreperla artificiale combinata con polimero

Il laminato è composto da strati alternati di un polimero plastico e madreperla artificiale o madreperla. Quest'ultimo è una specialità del Laboratorio Materiali Complessi ed è modellato sull'esempio biologico del guscio di cozza. È costituito da innumerevoli lastre di vetro disposte in parallelo, che sono compattati, sinterizzato e solidificato con una resina polimerica. Questo lo rende estremamente duro e resistente alla rottura.

Il secondo strato è costituito da un polimero al quale i ricercatori hanno aggiunto una molecola indicatrice sintetizzata appositamente per questa applicazione presso l'Università di Friburgo. La molecola si attiva non appena il polimero subisce forze di stiramento, e questo cambia la sua fluorescenza. Più il materiale si allunga e più queste molecole vengono attivate, più intensa diventa la fluorescenza.

La fluorescenza indica parti sovraccaricate

"Abbiamo usato molecole fluorescenti perché puoi misurare molto bene l'aumento della fluorescenza e non devi fare affidamento sulla percezione soggettiva, "dice Tommaso Magrini, autore principale dello studio, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Materiali e interfacce applicati ACS . Il sistema avrebbe potuto anche essere predisposto per produrre un viraggio di colore direttamente percepibile dall'esterno. Ma:"La percezione dei colori è soggettiva ed è difficile trarre conclusioni sui cambiamenti nel materiale, "dice Magrini.

Con l'aiuto della fluorescenza, i ricercatori possono ora identificare le aree sovraccaricate all'interno del materiale composito anche prima che si formino le fratture. Ciò consente il rilevamento precoce delle aree vulnerabili in una struttura prima che si verifichi un guasto catastrofico. Una possibile applicazione del nuovo laminato è nei componenti delle strutture portanti presenti negli edifici, aerei o veicoli, dove è essenziale rilevare il loro fallimento in una fase iniziale.

Però, resta da vedere se e come il materiale possa essere prodotto su scala industriale. Finora, esiste solo su scala di laboratorio come prova di concetto.