Un nuovo modo per analizzare come i rivestimenti di minuscole particelle alterano le proprietà della plastica trasparente potrebbe aiutare i ricercatori a creare finestre leggere con quasi la forza del vetro. Lo stesso metodo potrebbe anche portare ad alta resistenza, rivestimenti antigraffio applicabili a molti materiali diversi, secondo i ricercatori del MIT che hanno sviluppato l'analisi.
L'analisi ha utilizzato un polimero chiamato poli(metilmetacrilato), o PMMA, che è ampiamente usato come sostituto del vetro. Conosciuto genericamente come acrilico, e venduti con marchi come Lucite o Plexiglas, questo materiale può essere fragile ed è molto meno resistente ai graffi rispetto al vetro.
Altri ricercatori hanno aggiunto particelle di silice che misurano solo nanometri al PMMA, creando un nanocomposito di particelle polimeriche con una resistenza molto maggiore. Ma il team del MIT, per la prima volta, ha trovato un modo per analizzare le interazioni particella-polimero di tali rivestimenti su scala nanometrica, che potrebbe facilitare la scoperta di rivestimenti migliorati. Il loro lavoro è stato riportato a luglio sulla rivista Materia morbida .
L'analisi è stata condotta da Meng Qu, un postdoc presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del MIT, insieme al professore associato di scienza e ingegneria dei materiali Krystyn Van Vliet e diversi ricercatori presso DuPont Nanocomposite Technologies nel Delaware. Il lavoro è stato in parte finanziato dalla DuPont-MIT Alliance.
Per il rivestimento sono state utilizzate particelle di silice perché trasparenti, così il materiale finito mantiene la sua trasparenza. Ma la silice e l'acrilico non sono compatibili, che normalmente causerebbe l'aggregazione dei minuscoli granelli di silice - che misurano solo circa 10-20 nanometri di diametro, o circa un decimillesimo della larghezza di un capello umano. Per superare questo, la silice è stata trattata con altri "gruppi funzionali" di molecole, cambiando la sua chimica superficiale in modo che si disperda uniformemente sulla superficie del polimero.
Quindi, i ricercatori hanno riscaldato il polimero per ammorbidirlo leggermente, e ha usato un microscopio a forza atomica per osservare le particelle mentre affondavano lentamente nella superficie. Tali osservazioni della dinamica del processo non erano mai state effettuate prima, consentendo al team del MIT di vedere quanto velocemente le particelle affondano e determinare esattamente come interagiscono con il polimero.
I dati risultanti hanno permesso al team di determinare i materiali di rivestimento ottimali e le densità delle particelle per rafforzare la superficie del polimero, rendendo possibili sostituti delle finestre più forti. Il lavoro potrebbe anche portare a rivestimenti antigraffio a spruzzo per qualsiasi cosa, dalle auto ai cellulari, Qu dice. "Qualsiasi superficie che necessita di rivestimento" è potenzialmente un candidato per tale trattamento, lei dice. "Abbiamo dimostrato che mettere una piccola quantità di particelle sulla superficie aumenta la rigidità".
Il lavoro potrebbe anche fare la differenza in molti usi attuali del PMMA, come le finestre utilizzate negli acquari. Attualmente, tali finestre sono realizzate molto spesse per resistere all'enorme pressione dell'acqua nei grandi serbatoi. Ma se il materiale è più forte, le finestre potrebbero essere rese più sottili e leggere, e quindi meno costoso, Qu dice.
Mark Van Landingham, capo del reparto di risposta e progettazione dei materiali presso il laboratorio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti ad Adelphi, Md., afferma che c'è stata molta attività di ricerca nell'area dei nanocompositi polimerici, ma questo nuovo lavoro fornisce un approccio unico allo studio delle proprietà chimiche e fisiche fondamentali di tali materiali. "C'è stato un incredibile mix di ricerca che è a tutto campo, " dice:Alcuni studi hanno riscontrato benefici significativi dall'aggiunta di nanoparticelle, mentre altri hanno riscontrato scarsi miglioramenti. Così, Aggiunge, c'è molto interesse nel comprendere le basi di come questi materiali interagiscono "in modo fondamentale e quantitativo".
L'approccio del team del MIT potrebbe fornire un nuovo metodo per studiare come interagiscono i materiali, Van Landingham dice, e potenzialmente un nuovo modo di realizzare tali compositi. "Questo fornisce alcune indicazioni aggiuntive" per la ricerca futura che potrebbero portare a utili applicazioni, lui dice.
