Il nanomateriale cambia la sua forza tramite segnali elettrici.
(PhysOrg.com) -- Un'anteprima mondiale:un materiale che cambia forza, praticamente con il semplice tocco di un pulsante. Questa trasformazione può essere ottenuta in pochi secondi attraverso cambiamenti nella struttura elettronica di un materiale; così materia dura e fragile, Per esempio, può diventare morbido e malleabile. Ciò che rende questo sviluppo rivoluzionario, è che la trasformazione può essere controllata da segnali elettrici. Questa prima mondiale ha le sue origini ad Amburgo. Jörg Weißmüller, uno scienziato dei materiali presso l'Università tecnica di Amburgo e il Centro Helmholtz Geesthacht, ha svolto ricerche su questo sviluppo innovativo, lavorando in collaborazione con i colleghi dell'Istituto per la ricerca sui metalli di Shenyang, Cina.
Il 51enne ricercatore del Saarland ha fatto riferimento alla sua ricerca fondamentale, che apre le porte a una moltitudine di applicazioni diverse, come “una svolta nelle scienze dei materiali”. Il nuovo materiale metallico ad alte prestazioni è descritto dal Prof. Dr. Jörg Weißmüller e dal ricercatore cinese Hai-Jun Jin nell'ultimo numero della rinomata rivista scientifica Scienza . I risultati della loro ricerca potrebbero, Per esempio, creare futuri materiali intelligenti con la capacità di autoguarigione, appianare i difetti in autonomia.
La consistenza di un uovo sodo può essere regolata a piacimento attraverso il tempo di cottura. Alcune decisioni sono, però, irrevocabile:un uovo sodo non può mai essere riconvertito in un uovo alla coque. Ci sarebbe meno fastidio al tavolo della colazione se potessimo semplicemente passare avanti e indietro tra i diversi gradi di fermezza dell'uovo.
Problemi simili sorgono nella realizzazione di materiali strutturali come metalli e leghe. Le proprietà dei materiali vengono impostate una volta per tutte durante la produzione. Questo costringe gli ingegneri a scendere a compromessi nella scelta delle proprietà meccaniche di un materiale. Una maggiore resistenza è inevitabilmente accompagnata da una maggiore fragilità e da una riduzione della tolleranza al danno.
Professor Weißmüller, capo dell'Istituto di fisica e tecnologia dei materiali presso l'Università tecnica di Amburgo e anche del dipartimento per i sistemi di materiali ibridi presso l'Helmholtz Center Geesthacht, ha dichiarato:“Questo è un punto in cui si stanno compiendo progressi significativi. Per la prima volta siamo riusciti a produrre un materiale che, mentre è in servizio, può passare avanti e indietro tra uno stato di comportamento forte e fragile e uno di morbido e malleabile. Siamo ancora nella fase di ricerca fondamentale, ma la nostra scoperta potrebbe portare progressi significativi nello sviluppo dei cosiddetti materiali intelligenti".
Un matrimonio di metallo e acqua
Per produrre questo materiale innovativo, gli scienziati dei materiali impiegano un processo relativamente semplice:la corrosione. I metalli, tipicamente metalli preziosi come oro o platino, vengono posti in una soluzione acida. Come conseguenza dell'inizio del processo di corrosione, minuscoli condotti e fori sono formati nel metallo. Il materiale nanostrutturato emergente è pervaso da una rete di canali porosi.
Il nanomateriale al microscopio elettronico a scansione.
I pori sono impregnati di un liquido conduttivo, ad esempio una semplice soluzione salina o un acido diluito, e si crea così un vero materiale ibrido di metallo e liquido. È l'insolito “matrimonio”, come Weißmüller chiama questa unione di metallo e acqua che, quando attivato da un segnale elettrico, consente di modificare le proprietà del materiale con il semplice tocco di un pulsante.
Quando gli ioni si dissolvono nel liquido, le superfici del metallo possono essere caricate elettricamente. In altre parole, le proprietà meccaniche del partner metallico vengono modificate dall'applicazione di un potenziale elettrico nel partner liquido. L'effetto può essere ricondotto a un rafforzamento o un indebolimento del legame atomico nella superficie del metallo quando vengono aggiunti o ritirati elettroni extra dalla superficie degli atomi. La resistenza del materiale può essere raddoppiata quando richiesto. In alternativa, il materiale può essere commutato in uno stato più debole, ma più tollerante ai danni, assorbente di energia e malleabile.
Le applicazioni specifiche sono ancora una questione per il futuro. Però, i ricercatori stanno già pensando al futuro. In linea di principio, il materiale può creare segnali elettrici in modo spontaneo e selettivo, in modo da rafforzare la materia nelle regioni di concentrazione di stress locale. Danno, per esempio sotto forma di crepe, potrebbe quindi essere prevenuto o addirittura guarito. Ciò ha portato gli scienziati a fare un grande passo avanti verso il loro obiettivo di materiali "intelligenti" ad alte prestazioni.
