Nuovi passi da gigante nella ricerca sui materiali. Grazie ad uno studio che potrebbe cambiare radicalmente l’impiego della ceramica, un materiale di difficile impiego dal momento che non può essere “colata” o modellata con facilità per via della temperatura di fusione estremamente alta. Tuttavia, l’inchiostro sviluppato dai ricercatori della City University di Hong Kong ha permesso, per la prima volta nella storia, la realizzazione della stampa 4D, dove la quarta dimensione è rappresentata dal tempo. Innumerevoli gli impieghi che ne scaturiranno, come la fabbricazione di dispositivi elettronici e l’applicazione della ceramica nell’industria aerospaziale, nonché nell’esplorazione dello spazio (mediante sonde e rover). La ricerca, Origami and 4D printing of elastomer-derived ceramic structures, è stata pubblicata sulla rivista Science Advances.
Una miscela di polimeri e nanoparticelle
Il gruppo di ricercatori, guidato dal professor Lu Jian nonché vicepresidente della CityU (l’Università di Hong Kong) e responsabile del settore “Ricerca e tecnologia”, ha sviluppato un nuovo tipo di inchiostro – chiamato così per convenzione -, che consiste in una miscela di polimeri e nanoparticelle ceramiche. I precursori ceramici stampati in 3D stampati con la nuova miscela ottenuta sono morbidi e possono essere allungati tre volte oltre la loro lunghezza iniziale, consentendo così di modellare il materiale per realizzare forme complesse, come nel caso di un origami.
La quarta dimensione: il tempo
Quella che i ricercatori chiamano “stampa 4D” non è altro che la normale stampa combinata con l’elemento aggiuntivo del tempo in qualità di quarta dimensione: vale a dire che, una volta stampati, gli oggetti possono essere rimodellati o addirittura possono auto-assemblarsi nel corso del tempo mediante stimoli esterni come la forza meccanica, la temperatura o il campo magnetico. Il tutto è reso possibile grazie alla nuova miscela di polimeri.
In particolare gli scienziati hanno sfruttato l’energia elastica immagazzinata nei precursori per il morphing della forma (un precursore è una sostanza che interviene o si è formata in uno stadio preliminare di una reazione o di un processo chimico). Quando i precursori ceramici vengono rilasciati, questi subiscono un rimodellamento automatico e, dopo essere stati esposti al trattamento termico, si trasformano in ceramica. Ne deriva un materiale costituito da elastomeri meccanicamente robusti, caratterizzati da un’elevata resistenza rispetto alle ceramiche stampate tradizionalmente.
Ruolo importante per il 5G
“L’intero processo sembra semplice, ma non lo è”, ha spiegato il professor Lu Jian. “Realizzare la miscela prima e sviluppare poi il sistema di stampa ha richiesto vari tentativi ed è stato necessario tentare diversi metodi prima di trovare quello adeguato. E’ stato come spremere la glassa su una torta, ci sono molti fattori che possono influenzare il risultato, che vanno dal tipo di crema e la dimensione dell’ugello, alla velocità e forza di spremitura, conta anche la temperatura. I precursori ceramici stampati con il nuovo ‘inchiostro ceramico’ sono morbidi ed estensibili, e permettono di creare forme complesse, come il piegamento dell’origami. Donando alla ceramica una capacità di modellazione della forma dei precursori ceramici stampati decisamente più versatile, la sua applicazione potrà avere ricadute industriali immense”.
Applicazioni promettenti si potranno avere, per esempio, nei dispositivi elettronici. “I materiali ceramici”, continua Lu Jian, “sono migliori di quelli metallici nella trasmissione di segnali elettromagnetici e con l’avvento della rete 5G, i prodotti ceramici inizieranno a giocare un ruolo più importante nella produzione di prodotti elettronici. La natura artistica della ceramica e la sua capacità di creare forme complesse offrono anche ai consumatori la possibilità di personalizzare su misura le piastre di rivestimento per telefoni cellulari. Questa innovazione può trovare senz’altro riscontri nell’industria aerospaziale e nell’esplorazione dello spazio poiché la ceramica è un materiale meccanicamente robusto che può tollerare alte temperature; non va escluso che la ceramica realizzata con stampa 4D abbia un potenziale elevato e potrebbe giocare un ruolo chiave come componente per i propellenti”.
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