Un materiale altamente tecnologico, conduttivo, flessibile, trasparente e idrorepellente a comando, che servirà per applicazioni di nanoingegneria industriale, dall’elettronica flessibile alla nanomedicina, eppure ispirato a un semplice elemento della natura.
E’ osservando le caratteristiche intrinseche della foglia di loto che un gruppo internazionale di ricercatori di ingegneria dei materiali della Duke University, del MIT insieme a Nicola Pugno, tra i ricercatori più in vista nel mondo della bio-ispirazione secondo la BBC, già fondatore del Laboratory of Bio-Inspired Nanomechanics e da poco in forza all’Università di Trento, è riuscito a riprodurre in laboratorio le sorprendenti e utili capacità di questa famosa pianta acquatica.
La foglia del loto, infatti, ha una struttura particolare che la rende estremamente idrofoba (idrorepellente) e che la mantiene costantemente pulita e protetta. Una qualità che è molto richiesta anche in ambito industriale, ad esempio, per lo sviluppo di nanomateriali bio-ispirati per l’auto-pulizia e l’anti-adesività. Tuttavia il loto non è in grado di controllare il livello della propria idrofobia (perché non ha avuto la necessità di evolversi in questo senso).
La sfida della ricerca è stata quindi quella di creare un materiale con un comportamento modificabile e “intelligente” per adattarlo ad applicazioni molto diverse: dai sistemi elettronici flessibili e trasparenti di ultima generazione fino alla nanomedicina.
Osservando le foglie del loto i ricercatori, attraverso calcoli di nanomeccanica e simulazioni atomistiche, sono riusciti a ricreare in laboratorio una “foglia artificiale” multifunzionale a base di grafene, un materiale di per sè molto rigido e resistente.
Un foglio di grafene (singolo strato di atomi di carbonio) è stato “stropicciato” e fatto aderire ad un substrato di materiale polimerico estremamente cedevole. Il substrato è stato poi tensionato meccanicamente e, di conseguenza, il rivestimento superficiale (responsabile di moltissime proprietà meccaniche e fisiche) del foglio di grafene ha cambiato aspetto: da stropicciato a liscio. In questo modo i ricercatori sono riusciti a realizzare una superficie multifunzionale intelligente che, ad esempio, può passare dall’essere superidrofoba a idrofila, proprio grazie all'effetto di queste variazioni.
«La foglia artificiale che abbiamo creato – spiega Nicola Pugno, ordinario di Scienza delle Costruzioni al Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e meccanica di Trento – è anche conduttiva e conserva la possibilità di deformazioni estreme senza rottura. Una caratteristica fondamentale, ad esempio, per lo sviluppo di sistemi elettronici flessibili di prossima generazione. In più la foglia realizzata è dotata di trasparenza, anch’essa controllabile. Questo comportamento multifunzionale intelligente è reversibile grazie alla robustezza del sistema, che quindi rimane funzionante per moltissimi cicli. Le applicazioni possono essere molteplici, anche grazie alla dimensione macroscopica del sistema. Per dare un’idea delle potenzialità di questa scoperta, è già stato realizzato come esempio un muscolo artificiale».
Il lavoro è stato finanziato anche dall’European Research Council col progetto sui super-nanomateriali bio-ispirati gerarchici, coordinato dal professor Pugno. Lo studio “Multifunctionality and control of the crumpling and unfolding of large-area graphene” è disponibile sul sito web di Nature Materials all’indirizzo: http://dx.doi.org/
