(PhysOrg.com) -- Nel piccolissimo mondo delle nanostrutture, un team di scienziati e ingegneri di polimeri presso l'Università del Massachusetts Amherst ha scoperto come effettuare riparazioni su nanoscala su una superficie danneggiata equivalente a riempire un parafango di un'auto graffiato piuttosto che rifare la superficie dell'intera parte. Il lavoro si basa su una previsione teorica dell'ingegnere chimico e co-autrice Anna Balazs dell'Università di Pittsburgh.

La loro scoperta è riportata questa settimana nell'attuale numero di Nanotecnologia della natura . La nuova tecnica ha molte implicazioni pratiche, soprattutto che riparare una superficie danneggiata con questo metodo richiederebbe quantità di materiale significativamente inferiori, evitando la necessità di rivestire intere superfici quando solo una piccola parte è fessurata, dice il leader del team e scienziato dei polimeri di UMass Amherst Todd Emrick.

"Questo è particolarmente importante perché anche piccole fratture possono poi portare a cedimenti strutturali, ma la nostra tecnica fornisce una riparazione forte ed efficace. La necessità di una rapida, meccanismi di rivestimento e riparazione efficienti sono oggi pervasivi in ​​tutto, dalle ali degli aeroplani ai materiali microelettronici ai dispositivi di impianto biologico, " Aggiunge.

A nanoscala, le aree danneggiate possiedono tipicamente caratteristiche ben distinte dalla loro superficie circostante non danneggiata, compresa la diversa topografia, caratteristiche di bagnatura, rugosità e persino funzionalità chimica, Emrick spiega. Aggiunge, "Anna Balazs predisse, utilizzando la simulazione al computer, che se le nanoparticelle fossero contenute in un certo tipo di microcapsula, sonderebbero una superficie e rilascerebbero nanoparticelle in determinate regioni specifiche di quella superficie, "consentendo efficacemente una riparazione in loco.

Questa visione di capsule che sondano e rilasciano il loro contenuto in modo intelligente, moda innescata, noto come "ripara e vai, " è caratteristico del processo biologico, come nei globuli bianchi, Emrick aggiunge.

Dice che il lavoro sperimentale per supportare il concetto richiedeva una comprensione della chimica, aspetti fisici e meccanici dell'incapsulamento e del rilascio controllato dei materiali, ed è stato ottenuto dalla collaborazione tra tre laboratori di materiali polimerici presso UMass Amherst, guidato da Alfred Crosby, Thomas Russell e se stesso.

I ricercatori mostrano come l'utilizzo di un tensioattivo polimerico stabilizza le goccioline di olio in acqua (in goccioline di emulsione o capsule), incapsulare le nanoparticelle in modo efficiente, ma in un modo in cui possono essere rilasciati quando lo si desidera, poiché la parete della capsula è molto sottile.

"Abbiamo poi scoperto che le capsule contenenti nanoparticelle rotolano o scivolano su substrati danneggiati, e depositano in modo molto selettivo il loro contenuto di nanoparticelle nelle regioni danneggiate (incrinate). Poiché le nanoparticelle che usiamo sono fluorescenti, la loro localizzazione nelle regioni fessurate è chiaramente evidente, così come la selettività della loro localizzazione."

Utilizzando la deposizione rapida e selettiva del materiale del sensore nelle regioni danneggiate, il loro lavoro innovativo fornisce anche un metodo preciso per rilevare i substrati danneggiati, sottolinea. Finalmente, le nuove tecniche di incapsulamento consentono la consegna di oggetti idrofobici in un sistema a base d'acqua, precludendo ulteriormente la necessità di solventi organici in processi industriali svantaggiosi dal punto di vista ambientale.

Emrick dice, "Avendo realizzato il concetto sperimentalmente, guardando al futuro, ora speriamo di dimostrare il recupero delle proprietà meccaniche degli oggetti rivestiti regolando la composizione delle nanoparticelle che vengono consegnate".