Malleabile come una plastica, conduttivo come un metallo: è il nuovo materiale che un gruppo di ricercatori dell’Università di Chicago, negli Stati Uniti, è riuscito a creare e che sembra promettere notevoli applicazioni in futuro. Secondo i risultati dello studio, pubblicato sulla rivista Nature, gli scienziati hanno trovato un modo di realizzare un polimero in grado di condurre l’elettricità in maniera molto efficiente (una delle proprietà fondamentali dei metalli, che però mostrano una struttura molecolare diversa da quelle dei polimeri) e che può rimanere stabile anche se riscaldato, refrigerato, esposto all’aria o a sostanze chimiche. Secondo i ricercatori, il nuovo materiale potrà assumere qualsiasi forma, essere usato come vernice o spruzzato come uno spray e potrà essere utile per realizzare i componenti elettronici di numerosi dispositivi elettronici, come i wearable.
Alla ricerca di nuovi conduttori
Negli smartphone, nei televisori, nei pannelli solari e in ogni tipo di dispositivo elettronico ci sono loro: i conduttori, materiali che hanno caratteristiche tali da far scorrere corrente elettrica al loro interno. I conduttori noti fin dall’antichità sono i metalli (come per esempio il rame, l’oro, l’alluminio) che, oltre a caratteristiche macroscopiche comuni, condividono tra loro anche la struttura molecolare: essi, infatti, a livello microscopico sono costituiti da file di atomi o molecole ravvicinate e disposte in maniera ordinata, in modo che gli elettroni possano fluire facilmente attraverso l’intero materiale, permettendo quindi che la corrente elettrica scorra liberamente. Per unire la capacità di condurre l’elettricità con la flessibilità di altri materiali non metallici, circa cinquanta anni fa gli scienziati sono riusciti a creare materiali organici che fossero anche conduttori, utilizzando un trattamento chimico noto come “drogaggio”, che consiste nell’introduzione di atomi o ioni nel materiale per modificarne le caratteristiche elettroniche. Il problema di questi materiali è che non sono molto stabili e possono perdere la loro conduttività se esposti ad alte temperature o a umidità.
Metamateriali flessibili e indossabili: la nuova frontiera delle applicazioni biomedicali
Per questo motivo, gli scienziati sono alla ricerca di nuovi modi per creare materiali conduttori che siano stabili e che possano avere numerose applicazioni tecnologiche. Tra questi, Jiaze Xie, primo autore dello studio, ha iniziato a sperimentare alcuni materiali scoperti anni fa, ma ignorati dal resto della comunità scientifica: in particolare, lo scienziato si è concentrato su un polimero formato da catene di molecole di zolfo, carbonio e idrogeno a cui erano stati aggiunti atomi di nichel a intervalli regolari. Studiando questo materiale attraverso analisi specifiche, con grande stupore, i ricercatori hanno appurato che era in grado di condurre facilmente l’elettricità e che era molto stabile. “L’abbiamo riscaldato, raffreddato, esposto all’aria e all’umidità e persino esposto a sostanze chimiche come acidi e basi, ma non è successo nulla”, ha detto Xie.
“Un Play-Doh conduttivo”
Tuttavia, la caratteristica che ha stupito di più i ricercatori è la struttura molecolare del materiale, che, a differenza dei metalli e dei materiali organici creati con il drogaggio, era disordinata, pur riuscendo a condurre l’elettricità. “Per la sua struttura, quel materiale non dovrebbe poter essere un metallo”, ha affermato John S. Anderson, autore senior dello studio. “Non c’è una sola teoria per spiegare il suo comportamento.” Indagando più a fondo le sue caratteristiche, i ricercatori sono giunti alla conclusione che probabilmente il polimero è in grado di formare una serie di strati a livello molecolare, che, quando ruotano lateralmente, consentono, pur non formando una pila ordinata, agli elettroni di muoversi e quindi di determinare il passaggio di corrente. Il risultato finale è totalmente nuovo per un materiale conduttivo. “È quasi come un Play-Doh conduttivo: puoi schiacciarlo in posizione e conduce l’elettricità”, ha detto Anderson.
Questo ha acceso la creatività e l’interesse dei ricercatori, perché si tratta di un principio di progettazione totalmente nuovo rispetto a quanto visto finora. “Questo apre la progettazione di una classe completamente nuova di materiali che conducono elettricità, sono facili da modellare e sono molto robusti nelle condizioni quotidiane”, ha affermato Anderson. “In sostanza, suggerisce nuove possibilità per un gruppo tecnologico estremamente importante di materiali“, ha aggiunto Xie. Il materiale, infatti, potrebbe essere lavorato in molti modi diversi e utilizzato anche nelle situazioni in cui si necessita di un dispositivo che resista a calore, umidità, acidità o alcalinità e a buona parte di ciò che finora aveva limitato gli ingegneri per lo sviluppo di nuove tecnologie. “Prevediamo che questi materiali possano essere conduttori elettrici più robusti e possano essere facilmente spruzzati o verniciati su superfici o altri dispositivi, come quelli delle tecnologie wearable”, ha dichiarato Anderson al Guardian. In effetti, il gruppo di ricerca è già al lavoro per scoprire quali forme il polimero può assumere e, soprattutto, cos’altro può fare.
via Wired
foto Jamesmathew1840139 via Wikimedia
