Hai mai provato a dipingere sopra il silicone? Dopo alcune ore, la vernice si staccherà. Fastidioso. Il silicone è un cosiddetto polimero a bassa energia superficiale, ben noto dalle forme di cottura flessibili:un materiale sintetico che ha un'adesione o "appiccicosità" estremamente bassa. Il teflon è allo stesso modo non appiccicoso e ben noto dalle padelle. I ricercatori dell'Università di Kiel (Germania) hanno ora sviluppato la prima tecnologia in grado di unire questi due materiali "non unibili". La tecnologia applica linker di cristallo passivi su scala nanometrica come punti metallici interni. I nano punti aprono soluzioni a un gran numero di sfide tecniche, per esempio in ingegneria medica.

Il lavoro svolto all'interno del Collaborative Research Center 677 "Function by Switching" finanziato da DFG è stato pubblicato oggi sulla rivista scientifica Materiale avanzato .

"Se i nano punti fanno aderire tra loro anche polimeri estremi come il teflon e il silicone, possono unire tutti i tipi di altri materiali plastici", dice il professor Rainer Adelung. Adelung è a capo del gruppo di nanomateriali funzionali presso l'Institute of Materials Science di Kiel e guida il progetto di ricerca dal lato della scienza dei materiali. È possibile utilizzare la nuova tecnologia di giunzione dei materiali senza modifiche chimiche, secondo Adelung, in una varietà di applicazioni della vita quotidiana e ad alta tecnologia. La tecnica è facile da usare e non richiede attrezzature o materiali costosi.

I linker sono micro e nano cristalli fatti di ossido di zinco. Hanno la forma di tetrapodi, dove quattro gambe sporgono dal punto di origine. I tetrapodi di grandi dimensioni sono noti per la loro capacità di incastrarsi e formare forti legami, ad esempio nella protezione delle coste.

Durante il processo di adesione, i cristalli di ossido di zinco vengono spruzzati uniformemente su uno strato riscaldato di teflon. Quindi, uno strato di silicone viene versato sopra. Per unire saldamente i materiali, vengono poi riscaldati a 100°Celsius per meno di un'ora. "È come pinzare due materiali non appiccicosi dall'interno con i cristalli:quando si riscaldano, i nanotetrapodi tra gli strati polimerici perforano i materiali, affondare in loro, e ancorati", spiega Xin Jin, il primo autore della pubblicazione, che sta attualmente lavorando alla sua tesi di dottorato. Il suo collega e supervisore, Dott.ssa Yogendra Kumar Mishra, spiega il principio adesivo:"Se provi a estrarre un tetrapode su un braccio da uno strato di polimero, la forma del tetrapode farà semplicemente sì che tre braccia scavino più a fondo e si aggrappino ancora più saldamente."

In attività ad alta tecnologia come l'ingegneria medica, c'è una forte domanda di modi innovativi per produrre polimeri, in particolare silicone, attenersi ad altri materiali, ad esempio per sviluppare ulteriormente maschere respiratorie, impianti o sensori. Le applicazioni mediche richiedono materiali assolutamente non nocivi, cioè biocompatibile. Molti metodi di giunzione comportano reazioni chimiche, che possono modificare le proprietà dei polimeri e possono causare effetti nocivi o addirittura tossici sugli organismi. La pinzatura dei tetrapodi, anzi, è un processo puramente meccanico. Pertanto il team di Kiel presume che sia biocompatibile.

Con le graffette tetrapodi, gli scienziati hanno raggiunto una viscosità, la cosiddetta resistenza alla pelatura, di 200 Newton per metro, che è simile a staccare il nastro adesivo dal vetro. "La viscosità che abbiamo ottenuto con i nanotetrapodi è notevole, perché per quanto abbiamo potuto verificare, nessuno ha mai fatto attaccare silicone e teflon l'uno all'altro", afferma il coautore Lars Heepe, Studente di dottorato presso l'Istituto zoologico dell'Università di Kiel, che ha misurato con precisione l'adesione e ha descritto l'aspetto del materiale graffato su scala microscopica. "Misurare l'adesione quantitativamente non è così facile come sembra, devono essere effettuati esperimenti precisi per dimostrare la funzione dei linker ed escludere tutti gli errori", dice il professor Stanislav Gorb, guida il gruppo Morfologia Funzionale e Biomeccanica.