Questo grafico mostra il materiale nel suo stato gelificato (a sinistra) e nel suo stato non gelificato (a destra). Quando il materiale viene riscaldato (a destra), i legami chimici tra i nanocristalli si rompono e il gel si rompe. Quando il materiale viene raffreddato (a sinistra), si formano legami chimici tra i nanocristalli e si organizzano in una rete (il gel). Il legame molecolare (in alto) che controlla la gelificazione in funzione della temperatura è compreso utilizzando simulazioni di supercomputer (in basso). Credito:Kang, Valenzuela, et al./UT Austin
Nuove applicazioni nei settori dell'energia, della difesa e delle telecomunicazioni potrebbero ricevere una spinta dopo che un team dell'Università del Texas ad Austin ha creato un nuovo tipo di "gel di nanocristalli", un gel composto da minuscoli nanocristalli ciascuno 10.000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano che sono collegati tra loro in una rete organizzata.
Il punto cruciale della scoperta del team è che questo nuovo materiale è facilmente sintonizzabile. Cioè, può essere commutato tra due stati diversi modificando la temperatura. Ciò significa che il materiale può funzionare come un filtro ottico, assorbendo diverse frequenze di luce a seconda che sia allo stato gelificato o meno. Quindi, potrebbe essere utilizzato, ad esempio, all'esterno degli edifici per controllare il riscaldamento o il raffrescamento in modo dinamico. Questo tipo di filtro ottico ha anche applicazioni per la difesa, in particolare per il camuffamento termico.
I gel possono essere personalizzati per queste applicazioni ad ampio raggio perché sia i nanocristalli che i linker molecolari che li connettono nelle reti sono componenti di design. I nanocristalli possono essere chimicamente sintonizzati per essere utili per instradare le comunicazioni attraverso reti in fibra ottica o per mantenere costante la temperatura dei veicoli spaziali su corpi planetari remoti. I linker possono essere progettati per far sì che i gel cambino in base alla temperatura ambiente o al rilevamento di tossine ambientali.
"Potresti spostare la firma di calore apparente di un oggetto modificando le proprietà a infrarossi della sua pelle", ha affermato Delia Milliron, professoressa e presidente del Dipartimento di ingegneria chimica McKetta presso la Cockrell School of Engineering. "Potrebbe anche essere utile per le telecomunicazioni che utilizzano tutte lunghezze d'onda degli infrarossi."
La nuova ricerca è stata pubblicata nel recente numero della rivista Science Advances .
Il team, guidato dagli studenti laureati Jiho Kang e Stephanie Valenzuela, ha svolto questo lavoro attraverso il Center for Dynamics and Control of Materials dell'università, un National Science Foundation Materials Research Science and Engineering Center che riunisce ingegneri e scienziati di tutto il campus per collaborare sui materiali ricerca scientifica.
Gli esperimenti di laboratorio hanno permesso al team di osservare il cambiamento del materiale avanti e indietro tra i suoi due stati di gel e non gel (ovvero nanocristalli fluttuanti sospesi nel liquido) che hanno innescato da specifici cambiamenti di temperatura.
Le simulazioni di supercomputer eseguite presso il Texas Advanced Computing Center di UT li hanno aiutati a capire cosa stava succedendo nel gel a livello microscopico quando è stato applicato il calore. Basandosi su teorie chimiche e fisiche, le simulazioni hanno rivelato i tipi di legami chimici che tengono uniti i nanocristalli in una rete e come questi legami si rompono quando colpiti dal calore, provocando la rottura del gel.
Questo è il secondo gel di nanocristalli unico creato da questo team e continuano a perseguire progressi in questa arena. Kang sta attualmente lavorando per creare un gel di nanocristalli che può cambiare tra quattro stati, rendendolo ancora più versatile e utile. Quel gel sarebbe una miscela di due diversi tipi di nanocristalli, ciascuno in grado di passare da uno stato all'altro in risposta a segnali chimici o variazioni di temperatura. Tali gel di nanocristalli sintonizzabili sono chiamati materiali "programmabili". + Esplora ulteriormente
