Un nuovo materiale che si espande contro la direzione di stiramento: le future applicazioni
Un team di ricercatori dell’Università Western, guidato dal dottorando Noah Stocek e dal fisico Giovanni Fanchini, ha sviluppato un innovativo nanomateriale bidimensionale a base di carburo di tungsteno semicarburato (W2C) che, quando sottoposto a tensione in una direzione, si espande perpendicolarmente alla forza applicata. Questo comportamento, noto come auxetico, è stato ottenuto attraverso l’impiego della fisica dei plasmi e promette nuove applicazioni in tecnologie sensibili alla deformazione e nell’elettronica estensibile.
• La struttura auxetica dei nanofogli di W2C
• La sfida della sintesi del nanomateriale
• Potenziali applicazioni dei nanofogli di W2C
La struttura auxetica dei nanofogli di W2C
La particolarità di questi nanofogli risiede nella loro struttura non piatta, costituita da unità ripetitive di atomi di tungsteno e carbonio disposti in modo da formare una superficie simile a quella di un cartone per uova. Quando si applica tensione al nanofoglio elastico in una direzione, esso si espande nell’altra dimensione a causa dell’appiattimento delle “fossette”.
Prima di questa scoperta, era stato riportato un solo materiale in grado di espandersi del 10% per unità di lunghezza in questo modo controintuitivo. Il nanofoglio di carburo di tungsteno semicarburato sviluppato dall’Università Western può espandersi fino al 40%, stabilendo un nuovo record mondiale.
La sfida della sintesi del nanomateriale
La creazione di questo nanomateriale non è stata possibile attraverso metodi chimici convenzionali, quindi Stocek e Fanchini hanno fatto affidamento sulla fisica dei plasmi per formare gli strati di atomi singoli. Il plasma, costituito da particelle cariche di atomi, è il quarto stato della materia e può essere osservato in fenomeni naturali come l’Aurora Boreale e la corona solare durante le eclissi. Viene inoltre utilizzato in applicazioni come l’illuminazione al neon, i tubi fluorescenti e i televisori a schermo piatto.
La strumentazione tipicamente impiegata per la produzione di nanomateriali bidimensionali, che prevede l’utilizzo di forni speciali per riscaldare gas a temperature elevate, non ha dato i risultati sperati. Stocek e Fanchini hanno quindi progettato un nuovo strumento personalizzato che produce un plasma di particelle elettricamente cariche.
Potenziali applicazioni dei nanofogli di W2C
Le possibili applicazioni di questi nanofogli di W2C sono molteplici, a partire da un nuovo tipo di estensimetro, dispositivi comunemente utilizzati per misurare l’espansione e la deformazione in vari contesti, dall’aeronautica alla idraulica domestica. Il nuovo nanomateriale diventa più conduttivo elettricamente quando si espande, aprendo la strada a innumerevoli possibilità di utilizzo in sensori o dispositivi che rilevano eventi o cambiamenti nell’ambiente e trasmettono le informazioni ad altri componenti elettronici. Un’altra applicazione potrebbe essere l’incorporazione del materiale direttamente nell’elettronica estensibile, come la tecnologia indossabile, per aumentarne la conduttività.
La ricerca, finanziata da diverse istituzioni tra cui il Consiglio di Ricerca in Scienze Naturali e Ingegneria del Canada, è stata pubblicata sulla rivista Materials Horizons e rappresenta un passo avanti significativo nel campo dei materiali avanzati e delle tecnologie emergenti.