Cosa sono i materiali autorigeneranti

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materiali autorigenerantiI materiali che si autoriparano sono oggi argomento di ricerca in numerosi settori, dalla medicina all’aeronautica. Mentre i risultati ottenuti con metalli e ceramica restano trascurabili, i materiali a base di carbonio sotto forma di polimeri mostrano risultati incoraggianti.

Stesi su altri materiali in uno strato di rivestimento, vanno a chiudere le spaccature e le fessure che vi si creano. E per finire si autoriparano, sigillando così il materiale su cui si trovano. Per farlo trasportano nei punti di rottura i metalli sotto forma di microcapsule (si veda la pagina precedente) che poi si rompono rilasciando il metallo. Ma fungono anche da barriera protettiva: se vengono frammentati in singole molecole da un agente esterno, i polimeri autoriparanti in seguito si ricompattano, tramite dei ponti d’idrogeno o tramite dei legami ionici. Il prerequisito è che le catene molecolari possano muoversi liberamente nel punto di rottura e che la breccia tra loro non sia troppo grande.

Per la protezione della superficie da un paio d’anni vengono impiegati polimeri autoriparanti come il polyrotaxan (si veda a destra). L’esempio più recente è lo smartphone G Flex di Lg. La scocca flessibile è rivestita da uno strato protettivo che nel giro di pochi minuti fa scomparire i piccoli graffi, come quelli causati da un mazzo di chiavi. Questo processo si compie grazie al calore, quindi strofinare il graffio con un dito può favorirlo. Sui particolari del processo chimico che avviene, Lg mantiene il silenzio. Probabilmente alla base del materiale si trova il SeRM Super Polymer A1000 dell’azienda giapponese Advanced Soft-materials, che già da un paio d’anni rientra nella formulazione della vernice resistente ai graffi che Nissan utilizza per le sue auto.

L’indistruttibile polimero “Terminator”

I polimeri più all’avanguardia fanno un passo in più: ripristinano i legami anche quando vengono separati completamente, e senza il bisogno di un catalizzatore come il calore. Gli scienziati spagnoli del Cidetec (Centre for Electrochemical Technologies) hanno costruito questo polimero “Terminator” la cui struttura molecolare viene tenuta insieme da ponti di solfuro. Nel caso di un taglio vengono separati, ma se si rimettono a contatto le estremità i ponti tra gli atomi di zolfo si ricostruiscono. Questo polimero e una lega liquida di gallio e indio impiegata come conduttore elettrico danno vita a un cavo elettrico autorigenerante. A svilupparlo sono stati i ricercatori dell’università del North Carolina: se il cavo viene tagliato, il metallo liquido si solidifica alle estremità. Se poi si riuniscono i due capi del cavo, il materiale plastico e il metallo si legano di nuovo come se non fosse accaduto nulla.

L’autoriparazione non è fine a sé stessa: le batterie più efficienti non durano a lungo se non dispongono di una tecnologia di riparazione integrata. Nelle batterie agli ioni di litio il silicio si presterebbe benissimo come materiale di supporto per immagazzinare il litio: diventerebbe così possibile decuplicare la capacità delle batterie. Tuttavia il volume degli anodi si triplica grazie ai legami tra litio e silicio (Lii5Si4 o Li2iSi5) durante la carica, mentre in fase di scaricamento scende di nuovo a una dimensione normale. Nel processo lo strato di grafite in cui viene immagazzinato il materiale si lacera. Alcuni ricercatori dell’università di Stanford hanno dotato la grafite di un rivestimento polimerico autorigenerante che ripara gli strappi che si formano.

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