(PhysOrg.com) -- Le nanostrutture organiche sono elementi chiave della nanotecnologia perché questi elementi costitutivi possono essere realizzati con proprietà chimiche personalizzate. Il loro svantaggio è che le loro proprietà meccaniche sono state finora significativamente inferiori a quelle delle nanostrutture metalliche.
Ehud Gazit, Itay Rossi, e un team dell'Università di Tel Aviv, il Weizmann Institute of Science e l'Università Ben-Gurion del Negev (Israele) hanno introdotto nanosfere organiche rigide come il metallo. Come riportano gli scienziati sulla rivista Angewandte Chemie , sono componenti interessanti per materiali biocompositi ultrarigidi.
Le strutture biologiche su nanoscala spesso mostrano proprietà meccaniche uniche; per esempio, la seta di ragno è 25 volte più resistente dell'acciaio in termini di peso. I materiali organici sintetici più rigidi conosciuti fino ad oggi sono le aramidi, come il Kevlar. Il loro segreto è una speciale disposizione spaziale dei loro sistemi di anelli aromatici e la rete di interazioni tra i loro legami ammidici planari. Le nuove nanosfere si basano su un principio costruttivo simile. Però, a differenza delle grandi catene polimeriche, si formano in un processo di auto-organizzazione da molecole molto semplici a base di dipeptidi aromatici dell'amminoacido fenilalanina.
Utilizzando un microscopio a forza atomica, gli scienziati hanno esaminato le proprietà meccaniche delle loro nanosfere. Questo dispositivo utilizza un nanotip (cantilever), un minuscolo braccio di leva flessibile con una punta molto fine all'estremità. Quando questa punta viene premuta contro un campione, la deflessione della leva indica se la punta dell'ago può premere nell'oggetto campione e fino a che punto può spingersi. Un ago di metallo non è stato in grado di fare alcuna impressione sulle nanosfere; solo un ago di diamante era in grado di farlo. I ricercatori hanno utilizzato queste misurazioni per calcolare il modulo di elasticità (modulo di Young) per le nanosfere. Questo valore è una misura della rigidità di un materiale. Maggiore è il valore, maggiore è la resistenza che un materiale ha alla sua deformazione. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione ad alta risoluzione dotato di un nanomanipolatore, era possibile osservare direttamente la deformazione delle sfere.
Per le nanosfere, il team ha misurato un modulo di elasticità notevolmente elevato (275 GPa), che è superiore a molti metalli e simile ai valori riscontrati per l'acciaio. Questo rende queste nanostrutture le molecole organiche più rigide fino ad oggi; possono persino eclissare le aramidi. Oltre ad avere eccezionali proprietà meccaniche, anche le nanosfere sono trasparenti. Questo li rende elementi ideali per il rinforzo di materiali biocompositi ultrarigidi, come plastiche rinforzate per impianti o materiali per la sostituzione dei denti, aerospaziale, e altre applicazioni che richiedono poco costoso, materiali leggeri con elevata rigidità e stabilità insolita.
