I ricercatori della City University di Hong Kong (CityU) hanno sviluppato un metodo economico e scalabile per convertire un polimero stampato in 3D in un materiale a microreticoli di carbonio ibrido leggero, ultra resistente e biocompatibile.
Lo sviluppo di un materiale leggero, resistente e, allo stesso tempo, versatile è un obiettivo ancora da raggiungere nel campo dei materiali strutturali, perché queste proprietà generalmente si escludono a vicenda.
I ricercatori della City University di Hong Kong (CityU) hanno scoperto un metodo diretto a basso costo per trasformare i polimeri stampabili in 3D comunemente usati in microreticoli di carbonio ibridi leggeri, ultra resistenti e biocompatibili, che possono avere qualsiasi forma o dimensione e sono cento volte più resistenti dei polimeri originali.
Il team di ricerca ritiene che la flessibilità geometrica di questi metamateriali ibridi di carbonio consentirà di adattare le loro proprietà meccaniche per un’ampia gamma di applicazioni, come stent coronarici, impianti biomedici, scaffold meccanicamente robusti per micro-robot, dispositivi di raccolta e stoccaggio dell’energia.
I metamateriali con architettura 3D, come i microreticoli, combinano i vantaggi dei principi di progettazione strutturale leggera con le proprietà intrinseche dei loro materiali costitutivi, ma finora i metodi che aumentavano la resistenza dei polimeri ne compromettevano la duttilità.
Il team guidato dal prof. Yang Lu ha trovato una condizione “simile a una magia” nella pirolisi dei microreticoli di fotopolimeri stampati in 3D, che ha aumentato la resistenza di cento volte e raddoppiato la duttilità del materiale originale.
I ricercatori hanno scoperto che, controllando attentamente la velocità di riscaldamento, la temperatura, la durata e l’ambiente del gas, è possibile aumentare drasticamente la rigidità, la resistenza e la duttilità di un microreticolo polimerico stampato in 3D in un unico passaggio.
Anche il rapporto tra polimero e frammenti di carbonio è fondamentale per ottenere resistenza e duttilità ottimali.
Se ci sono troppi frammenti di carbonio, il materiale diventa fragile e se ce sono troppo pochi, il materiale risulta meno resistente.
«Il nostro lavoro fornisce un percorso a basso costo, semplice e scalabile per realizzare metamateriali meccanici leggeri, resistenti e duttili, praticamente, con qualsiasi geometria» ha affermato il professor Lu.
