Il metodo del team, che prevede semplicemente il riscaldamento del materiale stampato in un'atmosfera inerte, fa sì che le catene polimeriche si reticolino e formino una rete rigida, mentre le particelle di carbonio fungono da rinforzo. Il materiale risultante ha una resistenza e una duttilità paragonabili a quelle delle tradizionali schiume metalliche, ma con una densità molto inferiore.
I ricercatori ritengono che il loro metodo potrebbe essere utilizzato per creare una nuova classe di materiali leggeri e ad alta resistenza per una varietà di applicazioni, tra cui quelle aerospaziali, automobilistiche e sportive.
"Il nostro metodo apre la possibilità di creare nuovi materiali che siano più resistenti, più leggeri e più versatili rispetto ai materiali tradizionali", ha affermato l'autore principale dello studio Chengyu Li, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'UC Berkeley. "Ciò potrebbe avere un impatto notevole su una vasta gamma di settori."
I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista Nature Materials.
Il metodo del team inizia con una stampante 3D in grado di stampare un polimero come il poli(metilmetacrilato) (PMMA) nella forma desiderata. La parte stampata viene quindi posta in un'atmosfera inerte e riscaldata a una temperatura di circa 300 gradi Celsius (572 gradi Fahrenheit). Questa temperatura è sufficientemente elevata da causare la reticolazione delle catene polimeriche, ma sufficientemente bassa da impedire la degradazione del materiale.
Quando il materiale si raffredda, le catene polimeriche reticolate formano una rete rigida che conferisce resistenza al materiale. Le particelle di carbonio, disperse nel polimero, fungono da rinforzo e aiutano a prevenire la rottura del materiale.
Il materiale risultante ha una densità di circa 0,2 grammi per centimetro cubo (g/cc), ovvero circa un quinto della densità dell'alluminio. Ha inoltre una resistenza di circa 100 megapascal (MPa), paragonabile a quella delle tradizionali schiume metalliche. Tuttavia, il materiale ibrido a microreticolo di carbonio è molto più duttile delle schiume metalliche, il che significa che può sopportare una maggiore deformazione prima di rompersi.
Il team ritiene che il loro metodo potrebbe essere utilizzato per creare una nuova classe di materiali leggeri e ad alta resistenza per una varietà di applicazioni. Alcune potenziali applicazioni includono:
* Aerospaziale:il materiale potrebbe essere utilizzato per realizzare componenti strutturali leggeri per aerei e veicoli spaziali.
* Settore automobilistico:il materiale potrebbe essere utilizzato per realizzare pannelli di carrozzeria leggeri e altri componenti per automobili e camion.
* Attrezzature sportive:il materiale potrebbe essere utilizzato per realizzare attrezzature sportive leggere e ad alte prestazioni come racchette da tennis e mazze da golf.
Il team sta attualmente lavorando per ampliare il proprio metodo in modo che possa essere utilizzato per produrre parti più grandi. Stanno anche esplorando diversi modi per modificare le proprietà del materiale, come la sua resistenza, duttilità e densità.
