Quattro colloidi cubici di vetro. Credito:TU Delft
La ricercatrice Laura Rossi e il suo gruppo alla TU Delft hanno trovato un nuovo modo per costruire materiali sintetici a partire da minuscole particelle di vetro, i cosiddetti colloidi. Insieme ai loro colleghi della Queen's University e dell'Università di Amsterdam, hanno dimostrato che possono semplicemente utilizzare la forma di questi colloidi per creare interessanti mattoni per nuovi materiali, indipendentemente dalle altre proprietà delle particelle colloidali. "Questo è sorprendente, perché apre un modo completamente nuovo di pensare al design dei materiali", afferma Rossi. Il loro lavoro è pubblicato su Science Advances questo venerdì.
I colloidi sono minuscole particelle, di dimensioni da pochi nanometri a pochi micron. Sono costituiti da un insieme di molecole e possono avere proprietà diverse a seconda del materiale di cui sono fatti. "In determinate circostanze i colloidi possono comportarsi come atomi e molecole, ma le loro interazioni sono meno forti", spiega Rossi. "Ciò li rende promettenti elementi costitutivi per nuovi materiali, ad esempio per materiali interattivi che possono adattare le loro proprietà al loro ambiente."
Nuovo modo di progettare i materiali
Se lasciati soli, i colloidi a forma di cubo di questo studio, che sono fatti di vetro, si assemblano in strutture semplici come reticoli cubici ed esagonali distorti. Ma invece di passare immediatamente dall'elemento costitutivo alla struttura finale, i ricercatori hanno preso piccoli gruppi di colloidi e li hanno combinati in elementi costitutivi più grandi. Quando hanno assemblato questi gruppi di colloidi, hanno ottenuto una struttura finale diversa con proprietà del materiale diverse rispetto alla struttura autoassemblata. "Da un punto di vista chimico, ci concentriamo sempre su come possiamo produrre un certo tipo di colloide", afferma Rossi. "In questo studio, abbiamo spostato la nostra attenzione su:come possiamo utilizzare i colloidi che sono già disponibili per creare blocchi costruttivi interessanti?"
Un passo avanti
Secondo Rossi e il suo collaboratore Greg van Anders, uno degli obiettivi finali della loro comunità di ricerca è progettare strutture colloidali complesse su richiesta. "Quello che abbiamo trovato qui è molto importante, perché per possibili applicazioni, abbiamo bisogno di procedure che possono essere ampliate, cosa che sarà difficile da ottenere con la maggior parte degli approcci attualmente disponibili. La capacità di base di preassemblare pezzi identici da diversi Gli elementi costitutivi e fargli creare la stessa struttura, o prendere lo stesso elemento costitutivo e preassemblare pezzi diversi che creano strutture diverse, sono davvero le "mosse di scacchi" di base per l'ingegneria di strutture complesse", aggiunge van Anders.
Sebbene Rossi studi gli aspetti fondamentali piuttosto che l'applicazione della progettazione dei materiali, può prevedere eventuali applicazioni per questo specifico lavoro:"Abbiamo riscontrato che la densità della struttura che abbiamo preparato era molto inferiore alla densità della struttura che si otterrebbe utilizzando i mattoni di partenza. Quindi puoi pensare a materiali resistenti ma leggeri per il trasporto."
Fare squadra
Dopo che il team di Rossi ha costruito ammassi di colloidi in laboratorio, si è affidato al team di Greg van Anders della Queen's University per costruire la struttura finale da ammassi preassemblati con una simulazione al computer. "Con questo tipo di progetti, è fantastico poter collaborare con altri in grado di eseguire simulazioni, non solo per capire in profondità cosa sta succedendo, ma anche per testare quanto sarà grande la possibilità di un esperimento di laboratorio di successo", spiega Rossi . "E in questo caso, abbiamo ottenuto risultati molto convincenti che stavamo comprendendo bene il processo di progettazione e che il materiale risultante può essere utile."
Il prossimo passo sarà costruire effettivamente la struttura finale composta dai gruppi di colloidi in laboratorio. "Dopo aver visto questi risultati, sono fiducioso che si possa fare", dice Rossi. "Sarebbe fantastico avere una versione fisica di questo materiale e tenerlo in mano". + Esplora ulteriormente
