Immagina un crash test automobilistico che utilizza manichini di prova dipinti dappertutto con una sostanza che può cambiare colore in base ai livelli di stress che varie parti del corpo dei manichini sopportano. Una tale "mappa dei colori" potrebbe fornire informazioni vitali agli ingegneri che progettano automobili più sicure.
Oppure immagina dei guanti da baseball che, una volta indossati, mostrino ai battitori se stanno usando la giusta quantità di pressione per afferrare le loro mazze, con conseguente migliori prestazioni.
Nuova tecnologia sviluppata presso l'Università della California, Riverside può ora trasformare in realtà le idee di cui sopra e simili. Infatti, la tecnologia potrebbe essere applicata per migliorare i dispositivi di tutti i giorni, come smartphone, che per il funzionamento si affidano alla giusta quantità di pressione applicata loro.
"Abbiamo sviluppato un sensore di pressione ad alta risoluzione che indica la pressione variandone il colore, un sensore che tutti noi possiamo usare solo con gli occhi, " disse Yadong Yin, professore associato di chimica, il cui laboratorio ha condotto la ricerca.
Il laboratorio ha utilizzato un metodo di autoassemblaggio per legare insieme nanoparticelle d'oro che hanno poi incorporato in un film polimerico. Il film si è deformato quando premuto, allungando le stringhe di nanoparticelle d'oro aumentando la separazione tra le nanoparticelle d'oro vicine.
"Questa maggiore separazione altera il modo in cui le nanoparticelle interagiscono con la luce, " Yin ha spiegato. "Quando sono collegati insieme, le nanoparticelle d'oro originariamente appaiono blu. Ma cambiano gradualmente in rosso con l'aumentare della pressione mentre le nanoparticelle iniziano a disassemblarsi. Questo ci aiuta facilmente e visivamente a capire quanta pressione è stata applicata."
I risultati dello studio appaiono questo mese in Nano lettere .
Il sensore sviluppato dal laboratorio di Yin differisce dalle pellicole per sensori di pressione disponibili in commercio. Questi ultimi indicano la pressione modificando l'intensità di un solo colore (ad esempio, un rosso pallido a un rosso più scuro). Tendono ad essere difficili da interpretare e hanno una risoluzione e un contrasto bassi.
La nuova tecnologia produce un mosaico di colori facili da distinguere e ha il vantaggio di un contrasto e una risoluzione più elevati. Può essere potenzialmente utilizzato in molti dispositivi di sicurezza per rilevare la distribuzione della pressione su superfici anche molto complesse.
"I numerosi sensori elettronici di stress disponibili in commercio sono ingombranti e non adatti a determinate applicazioni, " disse Yin. "Per esempio, è difficile dire la distribuzione delle sollecitazioni su una particolare area se le superfici di contatto non sono piatte e uniformi. Le nostre pellicole per sensori possono essere verniciate sulle superfici di contatto in modo che la variazione di colore nelle diverse aree mostri chiaramente la distribuzione delle sollecitazioni sulla superficie di contatto".
Mentre il suo laboratorio usava l'oro negli esperimenti, anche argento e rame potrebbero funzionare, Yin ha aggiunto. Il sensore sviluppato dal laboratorio è una pellicola di plastica solida. Sotto stress, si deforma come la plastica convenzionale. Il nuovo colore che si presenta persiste dopo che lo stress è stato rimosso.
"Ecco perché lo chiamiamo un 'sensore colorimetrico di memoria da stress, '", ha detto Yin.
Uno degli interessi di ricerca del suo laboratorio è la progettazione di materiali con nuove proprietà attraverso il processo di autoassemblaggio. Il laboratorio prima crea nanoparticelle e poi le organizza insieme per produrre nuove proprietà derivanti dalle interazioni particella-particella.
"Nel caso del nostro sensore, inizialmente abbiamo trovato un modo per organizzare insieme le nanoparticelle d'oro per formare stringhe, " Ha detto Yin. "Questo processo è accompagnato da un netto cambiamento di colore dal rosso al blu. Abbiamo ipotizzato che il processo di smontaggio inverso potesse avere il cambio di colore inverso:dal blu al rosso. Abbiamo scoperto con nostra sorpresa che la forza meccanica poteva ottenere questo smontaggio. I ricercatori hanno compiuto sforzi considerevoli per studiare l'autoassemblaggio delle nanoparticelle. Infatti, le nanoparticelle d'oro sono state convenzionalmente utilizzate come sensori basati sul processo di autoassemblaggio. La novità del nostro lavoro è che mostra che il processo di smontaggio può anche trovare grandi applicazioni se l'assemblaggio è progettato per essere reversibile".
