Gruppo di ricerca della Helsinki University of Technology in collaborazione con VTT e Royal Institute of Technology, Finlandia, mostrano il primo esempio di materiale nanocomposito leggero ma meccanicamente resistente che imita i gusci madreperlacei che consentono l'upscaling per i processi industriali. I materiali dovrebbero essere fattibili in applicazioni in cui i materiali leggeri ma resistenti consentono particolari vantaggi, per esempio. nelle telecomunicazioni, applicazioni aerospaziali, e veicoli.

La conchiglia madreperlacea ha attratto già da tempo gli scienziati dei materiali, grazie alla sua struttura leggera ma resistente. imitando la madreperla, il nuovo materiale consiste nell'alternanza di piastrine inorganiche su scala nanometrica incollate da polimeri, e i materiali si autoassemblano spontaneamente in un processo in un'unica fase per formare strutture a strati, utilizzando ad esempio il processo di fabbricazione della carta, la pittura, e diffusione.

"La nuova invenzione si basa sulla profonda comprensione dei processi di autoassemblaggio nella scienza dei materiali, " affermano il PhD Andreas Walther e il professore dell'Accademia Olli Ikkala che guidano il progetto. "Abbiamo utilizzato autoassemblaggi e gerarchie già da tempo in altri tipi di materiali per ottenere proprietà funzionali. Un buon esempio di autoassemblaggio è dato dalle proteine ​​le cui catene contengono in maniera delicata le informazioni su come assemblarsi come strutture funzionali."

Diversi materiali nanocompositi sono già stati ampiamente esplorati. Però, è rimasta una sfida per ottenere proprietà o concetti drasticamente migliorati che sono facilmente upscalabili per applicazioni tecnologiche su larga scala.

I materiali leggeri e resistenti hanno numerose applicazioni

Il nuovo materiale ha suscitato un ampio interesse. Le proprietà sono facilmente modificabili. Attualmente mostra un modulo a trazione di 45 GPa, la resistenza alla trazione di 250 MPa, ha una permeazione di gas molto bassa, e mostra ottime proprietà come scudo termico in caso di fuoco esposto. Il materiale è stato sviluppato sulla base del finanziamento iniziale dell'Accademia di Finlandia, come continuato da UPM, un'azienda globale di prodotti forestali, che ha anche un brevetto in corso di registrazione sul concept

"Riteniamo che il materiale possa essere attraente per le tecnologie mobili e anche per l'elettronica flessibile come materiale di supporto e barriera, "dicono Walther e Ikkala.

Dopo un'ulteriore personalizzazione dei materiali e dei processi, si prevede che le applicazioni relative ai veicoli e all'aerospazio diventino fattibili. I materiali leggeri ma resistenti possono portare a risparmi energetici.

La natura ispira per nuovi materiali high tech

Il nuovo materiale è un esempio di biomimetica, che mira a imitare i materiali più attraenti della natura, ma in termini più semplici.

"Gli scienziati dei materiali sono affascinati dalla delicatezza dei materiali naturali. Le proprietà sono state sviluppate a causa del lungo processo di evoluzione e in alcuni casi si possono identificare proprietà straordinarie relative alla tecnologia. Oltre alle conchiglie madreperlacee, gli scienziati dei materiali esplorano ad esempio imitazioni per la seta, mascelle, e ossa."