I chimici sviluppano materiali intelligenti simili alla plastica che utilizzano la luce o un leggero calore per attivarsi
Hanno ribaltato decenni di lavoro sui catalizzatori "dormienti" utilizzando "monomeri latenti", blocchi di costruzione liquidi e stabili che si solidificano solo su richiesta
Annunci
I chimici dell'Università Ben-Gurion del Negev hanno sviluppato un polimero "intelligente" che potrebbe rendere la polimerizzazione industriale, la stampa 3D e le riparazioni più semplici, sicure ed efficienti dal punto di vista energetico, grazie a materiali le cui proprietà possono essere regolate in base all'applicazione richiesta. I risultati sono stati pubblicati il mese scorso su Nature Chemistry.
Prof. Yossi Weizmann
Amit Paor/BGU
Per quasi trent'anni, i ricercatori che hanno cercato di controllare quando e dove la plastica indurisce si sono concentrati sulla progettazione di speciali catalizzatori "dormienti", molecole che rimangono inattive finché non vengono attivate dalla luce, dal calore o da un altro segnale. Questi catalizzatori sono spesso sensibili, costosi e difficili da gestire.
Il team della BGU ha ribaltato questa logica, come ha descritto il dottorando Nir Lemcoff, uno degli autori principali dell'articolo: "Questo lavoro dimostra un nuovo modo di pensare a un problema generale nella scienza dei polimeri e si spera che ispiri gli scienziati del settore a guardare alle sfide del proprio lavoro con un nuovo punto di vista".
Invece di cercare di mettere l'interruttore on/off nel catalizzatore, lo hanno nascosto all'interno dei blocchi di plastica stessi, creando i cosiddetti "monomeri latenti". Si tratta di blocchi stabili e liquidi che rimangono inattivi per settimane. Si trasformano in un materiale solido simile alla plastica solo quando vengono esposti alla luce o a un leggero riscaldamento.
Questi nuovi monomeri latenti sono costituiti da piccole molecole chiamate norbornadieni. I norbornadieni possono essere aperti e collegati in lunghe catene con un metodo standard di produzione della plastica chiamato ROMP (ring-opening metathesis polymerization). Quando vengono illuminati dai raggi UV, si trasformano in una forma diversa, chiamata quadriciclano, che è fondamentalmente lo stato "spento": è inattivo e non crea catene. In seguito, un leggero riscaldamento con minuscole nanoparticelle d'oro fa tornare il quadriciclano allo stato reattivo di norbornadiene, in modo che la costruzione di catene possa ricominciare su richiesta. Poiché i chimici possono facilmente produrre molti norbornadieni diversi, questo sistema commutabile potrebbe dare origine a centinaia di nuovi materiali simili alla plastica, compresi alcuni che sono molto difficili da produrre con i metodi attuali.
"Invece di un catalizzatore 'dormiente', abbiamo creato blocchi di costruzione 'dormienti' del materiale stesso", spiega il Prof. Yossi Weizmann del Dipartimento di Chimica dell'Università Ben-Gurion, che ha guidato lo studio. "La miscela può rimanere tranquillamente sullo scaffale per settimane e si trasforma in un solido solo quando la luce la illumina o la riscalda. Questo tipo di polimerizzazione su richiesta, guidata dalla luce, potrebbe rendere i processi di produzione industriale, stampa e riparazione più sicuri, più semplici e più efficienti dal punto di vista energetico".
I nuovi liquidi contengono tre ingredienti chiave:
- Blocchi di costruzione che possono legarsi tra loro in lunghe catene simili alla plastica.
- un catalizzatore industriale standard che guida la reazione di formazione della catena
- minuscole nanoparticelle d'oro che agiscono come microscopici riscaldatori quando sono illuminate dalla luce del vicino infrarosso.
Nel loro stato "dormiente", i monomeri latenti sono bloccati in una forma che non reagisce, anche se il catalizzatore è già presente. Quando i ricercatori illuminano le nanoparticelle d'oro, riscaldano l'ambiente circostante e trasformano i monomeri in una forma "attiva" che si lega rapidamente in un materiale solido. Lo stesso interruttore può essere azionato anche dal riscaldamento convenzionale, ma non in modo altrettanto efficiente.
Poiché non succede nulla finché non viene applicato l'interruttore, i produttori potrebbero in linea di principio:
- Conservare e spedire una formulazione liquida pronta all'uso per settimane senza che si addensi o indurisca.
- Riempire, rivestire o stampare prima le parti, e solo successivamente attivare la polimerizzazione in aree selezionate utilizzando schemi di luce o maschere
- Ridurre gli sprechi e l'uso di energia, evitando la necessità di miscelare costantemente nuovi lotti o di riscaldare interi volumi per lunghi periodi.
Lo studio dimostra anche che l'idea dei blocchi di costruzione commutabili può fare molto di più che accendere e spegnere semplicemente una reazione. Mescolando blocchi di costruzione attivi fin dall'inizio con altri che rimangono addormentati fino a quando non vengono riscaldati, il team è in grado di creare plastiche le cui catene hanno due sezioni diverse, ottenendo così materiali con proprietà combinate in un unico prodotto. È inoltre possibile creare prima un materiale morbido e facile da modellare e poi bloccarlo in un solido più duro e resistente, il tutto in un unico processo.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
