Arriva il gel vetroso che sfida la fisica e si ripara da solo: la scoperta che rivoluziona i materiali del futuro

Durezza del vetro, elasticità della gomma e capacità auto-riparanti: il gel vetroso scoperto alla North Carolina State University promette di trasformare la medicina, la robotica e l'elettronica, aprendo nuove possibilità per lo sviluppo di materiali compositi avanzati

©Meixiang Wang, North Carolina State University

Avete mai immaginato un materiale che possa allungarsi come una gomma, resistere come il vetro e auto-ripararsi come per magia? Non è fantascienza, ma il gel vetroso, una scoperta sorprendente che sta affascinando gli scienziati di tutto il mondo. Frutto di un’intuizione casuale in un laboratorio della North Carolina State University, potrebbe cambiare per sempre il nostro modo di pensare ai materiali.

Il mondo della scienza dei materiali è spesso pieno di sorprese, e questa scoperta non fa eccezione. Il professor Michael Dickey, esperto di materiali presso la NCSU, ha ammesso che si tratta di una scoperta fortuita. La scoperta è avvenuta mentre la ricercatrice Meixiang Wang stava lavorando con gli ionogel, materiali fatti di polimeri e liquidi ionici conduttori di elettricità. L’obiettivo iniziale di Wang era creare dispositivi indossabili e flessibili per applicazioni mediche, robotiche e sensoriali. Tuttavia, modificando la composizione degli ionogel, ha ottenuto risultati inaspettati.

Proprietà incredibili che sfidano la logica

A prima vista, il nuovo gel sembra un semplice pezzo di plastica trasparente, ma le apparenze ingannano. Testando il materiale, i ricercatori hanno scoperto una combinazione di proprietà che sfida la logica:

Estremamente allungabile: può allungarsi fino a cinque volte la sua lunghezza originale.
Sorprendentemente duro: ha una resistenza paragonabile a quella del vetro.
Capacità di auto-riparazione: può risaldarsi se tagliato.
Memoria di forma: mantiene una forma specifica fino a quando non viene riscaldato.

Queste caratteristiche rendono il gel vetroso unico nel suo genere. Nonostante sia costituito per il 50-60% da liquido, non sembra mai asciugarsi, combinando un’elevata resistenza alla frattura con proprietà auto-riparanti.

I gel vetrosi sono flessibili ed elastici come gel, ma resistenti alla rottura come i polimeri vetrosi. Sono facili da produrre e possono essere utilizzati in molte applicazioni, dalla stampa 3D alla robotica soffice. La “ricetta” per ottenerli è stata pubblicata sulla rivista Nature da un gruppo di ricerca statunitense guidato dalla North Carolina State University.

Lo studio ha superato la distinzione tra gel e polimeri vetrosi, considerati da sempre materiali diversi. I polimeri vetrosi, usati per bottiglie o finestrini per aerei, sono duri e rigidi ma fragili, come illustrato da Michael Dickey e Meixiang Wang:

I gel, come quelli per le lenti a contatto, sono morbidi ed elastici. I ricercatori hanno creato un materiale ibrido, i gel vetrosi, che sono duri come i polimeri vetrosi, ma, se si applica una forza sufficiente, possono allungarsi fino a cinque volte la loro lunghezza originale, anziché rompersi.

Una volta allungato, il materiale può tornare alla forma originale con il calore. Inoltre, la superficie dei gel vetrosi è altamente adesiva, insolito per materiali duri.

Una cosa fondamentale che distingue i gel vetrosi è che sono liquidi per oltre il 50%, il che li rende conduttori di elettricità più efficienti rispetto alle comuni plastiche. Considerando le loro proprietà uniche, siamo ottimisti sul fatto che questi materiali saranno utili.

Per realizzarli, i ricercatori hanno utilizzato il materiale liquido con cui vengono prodotti i polimeri vetrosi e lo hanno mescolato con un liquido ionico, un solvente fatto di atomi o gruppi di atomi carichi elettricamente. Questo separa e immobilizza le catene molecolari del polimero, rendendo il materiale elastico come un gel ma resistente alla rottura. Il preparato viene quindi versato in uno stampo ed esposto alla luce ultravioletta, che polimerizza il materiale formando il gel vetroso.

Potenziali applicazioni

Le potenzialità del gel vetroso sono enormi, anche se è ancora presto per parlare di applicazioni concrete. I settori che potrebbero trarre vantaggio da questo materiale includono:

Medicina: sviluppo di dispositivi medici flessibili e durevoli.
Robotica: creazione di robot più resistenti e adattabili.
Elettronica: produzione di dispositivi elettronici flessibili e auto-riparanti.
Ingegneria dei materiali: base per nuovi materiali compositi innovativi.

Saranno necessari ulteriori test per utilizzare il gel vetroso in modo pratico, ma le prospettive sono entusiasmanti. La ricerca sugli ionogel ha preso piede solo negli ultimi anni, con i primi test su materiali simili iniziati nel 2021.

Il gel vetroso scoperto alla North Carolina State University è più di una semplice curiosità scientifica, dimostrando l’importanza della serendipità nella ricerca. Spesso, le innovazioni più rivoluzionarie nascono da errori fortunati o risultati inaspettati. La scienza è piena di sorprese: cercando una cosa, se ne trova un’altra ancora più interessante. Forse un giorno vivremo in un mondo dove i nostri dispositivi elettronici si auto-ripareranno, i nostri edifici si adatteranno alle condizioni ambientali e i nostri veicoli combineranno leggerezza e resistenza in modi inimmaginabili. Il futuro dei materiali, proprio come questo gel, sembra sempre più brillante e promettente.

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Fonte: Nature – NC State University

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