La scienza dei materiali ama prendere come modello la natura e le proprietà speciali degli esseri viventi che potrebbero essere trasferite ai materiali. Un team di ricerca guidato dal chimico professor Andreas Walther della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) è riuscito a dotare i materiali di una proprietà bioispirata:la nanocarta rigida sottilissima diventa istantaneamente morbida ed elastica con la semplice pressione di un pulsante.

"Abbiamo dotato il materiale di un meccanismo in modo che la resistenza e la rigidità possano essere modulate tramite un interruttore elettrico, " ha spiegato Walther. Non appena viene applicata una corrente elettrica, la nanocarta diventa morbida; quando il flusso di corrente si interrompe, riacquista la sua forza. Dal punto di vista applicativo, questa commutabilità potrebbe essere interessante per i materiali di smorzamento, Per esempio. Il lavoro, che ha coinvolto anche scienziati dell'Università di Friburgo e del Cluster of Excellence on Living, adattivo, e Sistemi di materiali autonomi dal punto di vista energetico (livMatS) finanziati dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Ispirazione dal fondale marino:l'interruttore meccanico ha una funzione protettiva

L'ispirazione naturale in questo caso viene dai cetrioli di mare. Queste creature marine hanno uno speciale meccanismo di difesa:quando vengono attaccate dai predatori nel loro habitat sul fondo del mare, i cetrioli di mare possono adattarsi e rafforzare i loro tessuti in modo che il loro esterno morbido si irrigidisca immediatamente. "Questo è un comportamento meccanico adattivo che è fondamentalmente difficile da replicare, " ha affermato il professor Andreas Walther. Con il loro lavoro ora pubblicato, il suo team è riuscito a imitare il principio di base in una forma modificata utilizzando un materiale attraente e un meccanismo di commutazione altrettanto attraente.

Gli scienziati hanno utilizzato nanofibrille di cellulosa estratte e lavorate dalla parete cellulare degli alberi. Le nanofibrille sono ancora più fini delle microfibre della carta standard e risultano in un tessuto completamente trasparente, carta quasi simile al vetro. Il materiale è rigido e resistente, attraente per la costruzione leggera. Le sue caratteristiche sono addirittura paragonabili a quelle delle leghe di alluminio. Nel loro lavoro, il team di ricerca ha applicato l'elettricità a queste nanocarte a base di nanofibrille di cellulosa. Per mezzo di cambiamenti molecolari appositamente progettati, il materiale diventa di conseguenza flessibile. Il processo è reversibile e può essere controllato da un interruttore on/off.

"Questo è straordinario. Tutti i materiali intorno a noi non sono molto mutevoli, non passano facilmente da rigido ad elastico e viceversa. Qui, con l'aiuto dell'elettricità, possiamo farlo in modo semplice ed elegante, " ha affermato Walther. Lo sviluppo si sta quindi spostando dai classici materiali statici verso materiali con proprietà che possono essere regolate in modo adattivo. Questo è rilevante per i materiali meccanici, che può così essere reso più resistente alla frattura, o per materiali di smorzamento adattivo, che potrebbe passare da rigido a cedevole in caso di sovraccarico, Per esempio.

Mirare a un materiale con il proprio accumulo di energia per l'accensione/spegnimento autonomo

A livello molecolare, il processo prevede il riscaldamento del materiale mediante l'applicazione di una corrente e quindi l'interruzione reversibile dei punti di reticolazione. Il materiale si ammorbidisce in correlazione con la tensione applicata, cioè., maggiore è la tensione, più punti di reticolazione vengono rotti e più morbido diventa il materiale. La visione del futuro del professor Andreas Walther inizia anche dal punto di alimentazione:mentre attualmente è necessaria una fonte di energia per avviare la reazione, il prossimo obiettivo sarebbe quello di produrre un materiale con un proprio sistema di accumulo di energia, in modo che la reazione sia essenzialmente innescata "internamente" non appena, Per esempio, si verifica un sovraccarico e diventa necessario lo smorzamento. "Ora dobbiamo ancora accendere noi stessi l'interruttore, ma il nostro sogno sarebbe che il sistema materiale fosse in grado di farlo da solo".