Materiali classici come la ceramica, metalli e polimeri hanno le loro tipiche proprietà meccaniche. sono duri, morbido, forte, flessibile o rigido. I ricercatori di Amburgo hanno ora sintetizzato un materiale che unisce diverse proprietà, e potrebbe quindi aprire la strada a nuove applicazioni nell'ingegneria medica e nella produzione. Gli scienziati della Hamburg University of Technology (TUHH), l'Università di Amburgo, il Centro Helmholtz Geesthacht e DESY hanno presentato il loro nuovo nanocomposito sulla rivista Materiali della natura . Questa nuova classe di materiale potrebbe ad esempio essere adatta al riempimento di cavità dentali, o la produzione di casse per orologi. I materiali utilizzati in applicazioni come queste devono essere sia duri che resistenti ai danni.

I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica che produce un materiale che è allo stesso tempo forte, duro e rigido. Per realizzare questo, gli scienziati hanno prima impiegato una procedura standard, ampiamente utilizzato quando si lavora con nanoparticelle, per cui le nanoparticelle di ossido di ferro ceramico sono depositate in una matrice regolare. Questo viene fatto con l'aiuto di acido oleico organico, che penetra negli spazi ristretti tra le nanoparticelle e le tiene insieme.

"L'auto-organizzazione di queste nanoparticelle porta ad un esteso, supercristallo fitto che ricorda i reticoli cristallini atomici, " spiega uno degli autori, Axel Dreyer del TUHH. La scoperta cruciale è che, esponendo successivamente il materiale a livelli di calore moderati, il nanocomposito risultante mostra una coesione molto più forte e le sue proprietà meccaniche sono diverse da quelle di qualsiasi altro.

Sulla scala più piccola, la struttura del nuovo materiale assomiglia a quella dei tessuti duri biologici, come la madreperla e lo smalto dentale. È costituito da nanoparticelle di ossido di ferro di dimensioni uniformi, che sono ricoperti di acido oleico. Negli studi precedenti, i legami tra le molecole di acido oleico erano molto deboli e dovuti alle cosiddette forze di Van der Waals. Essiccando e pressando il materiale a temperatura elevata e quindi applicando un trattamento termico controllato, lo scienziato è ora riuscito a creare un legame molto più forte tra le molecole di acido oleico, migliorando così notevolmente le proprietà meccaniche del nanocomposito.

Poiché l'acido oleico è molto spesso utilizzato anche nella lavorazione di altre nanoparticelle, questo nuovo metodo potrebbe potenzialmente migliorare anche le proprietà meccaniche di molti altri nanocompositi. Le proprietà di legame dell'acido oleico, che funge da adesivo, sono stati esaminati spettroscopicamente dal personale del DESY-Nanolab. "Le nostre misurazioni hanno mostrato che le molecole di acido oleico sopravvivono al trattamento termico e formano legami incrociati aggiuntivi durante il processo, " riporta il coautore Andreas Stierle, uno scienziato leader presso DESY. "Questa importante scoperta può servire come base per modellare con successo le proprietà meccaniche di questo nuovo materiale".