Fig. 1. Concetto di sviluppo di film orientato nanocellulosico basato sulla tecnologia di modellazione 3D in fase liquida. Credito:Università di Osaka
I ricercatori dell'Istituto di ricerca scientifica e industriale dell'Università di Osaka hanno introdotto un nuovo metodo di fabbricazione in fase liquida per la produzione di film di nanocellulosa con più assi di allineamento. Utilizzando metodi di stampa 3D per un maggiore controllo, questo lavoro può portare a dispositivi ottici e termici più economici e più rispettosi dell'ambiente.
Da quando è apparso nello show televisivo originale "Star Trek" negli anni '60, il gioco degli scacchi tridimensionali è stato usato come metafora del pensiero sofisticato. Ora, i ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato la propria versione con potenziali applicazioni in ottica avanzata e display per smartphone economici.
Molti dispositivi ottici esistenti, compresi i display a cristalli liquidi (LCD) che si trovano nei vecchi televisori a schermo piatto, si basano su lunghe molecole aghiformi allineate nella stessa direzione. Però, ottenere l'allineamento delle fibre in più direzioni sullo stesso dispositivo è molto più difficile. Avere un metodo in grado di produrre fibre ottiche in modo affidabile ed economico accelererebbe la produzione di display a basso costo o persino di "elettronica cartacea", computer che potrebbero essere stampati da materiali biodegradabili su richiesta.
Cellulosa, il componente principale del cotone e del legno, è un'abbondante risorsa rinnovabile fatta di lunghe molecole. Le nanocellulose sono nanofibre costituite da catene molecolari di cellulosa allineate uniassialmente che hanno proprietà ottiche e di conduzione del calore diverse lungo una direzione rispetto all'altra.
Fig.2. Film multiasse orientato alla nanocellulosa. Credito:Università di Osaka
In una ricerca recentemente pubblicata dall'Istituto di ricerca scientifica e industriale dell'Università di Osaka, la nanocellulosa è stata raccolta da ananas di mare, una specie di acquazzone. I ricercatori hanno quindi utilizzato il pattering 3-D in fase liquida, che combinava la filatura a umido delle nanofibre con la precisione della stampa 3D. Un robot triassiale su misura ha dispensato una sospensione acquosa di nanocellulosa in un bagno di coagulazione dell'acetone.
"Abbiamo sviluppato questa tecnica di modellazione tridimensionale in fase liquida per consentire l'allineamento della nanocellulosa lungo qualsiasi asse preferito, " dice il primo autore Kojiro Uetani. La direzione dei modelli potrebbe essere programmata in modo da formare uno schema a scacchiera alternato di fibre allineate verticalmente e orizzontalmente.
Per dimostrare il metodo, una pellicola è stata inserita tra due pellicole polarizzanti ortogonali. In condizioni di visualizzazione adeguate, apparve un motivo a scacchiera birifrangente. Hanno anche misurato il trasferimento termico e le proprietà di ritardo ottico.
"I nostri risultati potrebbero aiutare nello sviluppo di materiali ottici di prossima generazione e di elettronica cartacea, ", afferma l'autore senior Masaya Nogi. "Questo potrebbe essere l'inizio di tecniche dal basso verso l'alto per la costruzione di materiali ottici e termici sofisticati ed efficienti dal punto di vista energetico".
