Gli ingegneri della Duke University stanno stratificando reticoli di carbonio dello spessore di un atomo con polimeri per creare materiali unici con una vasta gamma di applicazioni, compresi i muscoli artificiali.

Il reticolo, noto come grafene, è fatto di puro carbonio e appare sotto ingrandimento come filo di pollo. A causa della sua ottica unica, proprietà elettriche e meccaniche, il grafene è usato in elettronica, stoccaggio di energia, materiali compositi e biomedicina.

Però, il grafene è estremamente difficile da maneggiare in quanto si "accartoccia" facilmente. Sfortunatamente, gli scienziati non sono stati in grado di controllare lo accartocciamento e lo spiegamento del grafene di grandi dimensioni per sfruttare le sue proprietà.

Duca ingegnere Xuanhe Zhao, assistente professore presso la Duke's Pratt School of Engineering, paragona la sfida del controllo del grafene alla differenza tra la carta spiegata e il tessuto umido.

"Se accartocciavi della carta normale, puoi appiattirlo abbastanza facilmente, " ha detto Zhao. "Tuttavia, il grafene è più simile alla carta velina bagnata. È estremamente sottile e appiccicoso e difficile da aprire una volta accartocciato. Abbiamo sviluppato un metodo per risolvere questo problema e controllare lo accartocciamento e lo spiegamento dei film di grafene di grandi dimensioni".

Gli ingegneri della Duke hanno attaccato il grafene a una pellicola di gomma che era stata prestirata a molte volte la sua dimensione originale. Una volta che il film di gomma è stato rilassato, parti del grafene si staccavano dalla gomma mentre altre parti continuavano ad aderire ad essa, formando un modello attaccato-staccato con una dimensione caratteristica di pochi nanometri. Mentre la gomma si rilassava, il grafene staccato è stato compresso per accartocciarsi. Ma poiché il film di gomma è stato allungato indietro, le macchie di grafene aderenti tirate sulle aree accartocciate per dispiegare il foglio.

"In questo modo, lo accartocciamento e lo spiegamento di grandi superfici, il grafene a spessore atomico può essere controllato semplicemente allungando e rilassando un film di gomma, anche a mano, " Ha detto Zhao.

I risultati sono stati pubblicati online sulla rivista Materiali della natura .

"Il nostro approccio ha aperto strade per sfruttare proprietà e funzioni senza precedenti del grafene, " ha detto Jianfeng Zang, un borsista post-dottorato nel gruppo di Zhao e il primo autore dell'articolo. "Per esempio, possiamo trasformare il grafene da trasparente a opaco accartocciandolo, e risintonizzalo aprendolo."

Inoltre, gli ingegneri Duke hanno stratificato il grafene con diversi film polimerici per creare un materiale "morbido" che può agire come i tessuti muscolari contraendosi ed espandendosi su richiesta. Quando l'elettricità viene applicata al grafene, il muscolo artificiale si espande nell'area; quando l'elettricità viene interrotta, si rilassa. Variando la tensione si controlla il grado di contrazione e rilassamento.

"Lo accartocciamento e lo spiegamento del grafene consentono una grande deformazione del muscolo artificiale, " ha detto Zang.

"I nuovi muscoli artificiali stanno consentendo diverse tecnologie che vanno dalla robotica e dalla somministrazione di farmaci alla raccolta e allo stoccaggio di energia, " Zhao ha detto. "In particolare, promettono di migliorare notevolmente la qualità della vita di milioni di persone disabili fornendo dispositivi a prezzi accessibili come protesi leggere e display Braille a tutta pagina".