Un team di ricerca internazionale ha introdotto una nuova strategia di produzione per la sintesi di metamateriali di aerogel di ossido di grafene
Un nuovo metodo di fabbricazione produce un metamateriale aerogel durevole a base di ossido di grafene per le interfacce uomo-macchina che mostra una notevole sensibilità al tocco e al movimento umano. La ricerca è stata realizzata dai ricercatori della Xi’an Jiaotong University (Cina), della Northumbria University (Regno Unito), dell’Università della California – Los Angeles, della University of Alberta (Canada) e di altri istituti, pubblicata su Nanoletters e riportata da Phys.
Il grafene è un materiale pieno di potenzialità. Gli aerogel di grafene sono materiali ultraleggeri, porosi e a base di grafene composti da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo a nido d’ape 2D che potrebbero essere utilizzati per sviluppare sistemi robotici, dispositivi e interfacce uomo-macchina più avanzati.
Gli aerogel di grafene hanno numerose proprietà vantaggiose, tra cui un peso minimo, un’elevata porosità e una buona conduttività elettrica, ma possono dare problemi, perché hanno una microstruttura intrinsecamente rigida, che pone dei limiti alle loro capacità di rilevamento della deformazione.
La nuova strategia di fabbricazione per la sintesi di metamateriali di aerogel consente di superare questa limitazione.
Un cambiamento anomalo della struttura
“La ricerca è stata guidata puramente dalla curiosità del mio studente, che occasionalmente ha notato un cambiamento anomalo della struttura nella sezione trasversale di un piano particolare. Questo cambiamento di fase anisotropico ha attirato l’interesse. Presto ci siamo resi conto che il cambiamento di funzione associato avrebbe potuto abilitare una splendida funzione di rilevamento della pressione direzionale” spiega Ben Xu, coautore dell’articolo.
La strategia del team per la fabbricazione di metamateriali a base di ossido di grafene si estende su due fasi chiave. Queste includono l’uso di una tecnica di disidratazione nota come liofilizzazione e un processo di trattamento termico noto come ricottura.
“La pre-soluzione contiene anche una sostanza chimica specifica che agisce come ‘colla’ di grafene per costruire la sezione trasversale a nido d’ape. La configurazione della struttura della sezione trasversale sul piano dedicato è realizzata tramite ricottura termica, che può essere regolata tramite micro/nanomeccanica. Utilizzando questa semplice strategia, la sezione trasversale deformata è stata ottenuta al primo tentativo” continua il ricercatore.
Metamateriale di aerogel
Utilizzando questo metodo di produzione, gli scienziati hanno sintetizzato un metamateriale di aerogel anisotropico di chitosano reticolato e ossido di grafene ridotto (CCS-rGO). Si è scoperto che questo materiale presenta una notevole iperelasticità direzionale, una straordinaria durata, grandi prestazioni meccaniche ed elettriche, un lungo raggio di rilevamento e un’altissima sensibilità agli stimoli di 121,45 kPa-1.
“Stiamo conducendo ricerche multidisciplinari con diversi interessi in materiali funzionali e tecnologia energetica, ingegneria sostenibile, materiali sanitari, chimica dei materiali, materiali/superfici reattivi e microingegneria” continua Xu.
Il team del dott. Xu presso la Northumbria University sta conducendo ulteriori studi volti a sviluppare promettenti metamateriali per varie applicazioni tecnologiche. In futuro, la loro strategia di produzione potrebbe contribuire alla sintesi di ulteriori metamateriali aerogel a base di ossido di grafene, che potrebbero far progredire le interfacce uomo-macchina per dispositivi protesici e sanitari avanzati.
Foto: Wang et al.
