Creato un materiale elastico ed elettricamente conduttivo che si indurisce all'impatto

Un team di ricercatori dell'Università della California Merced (UC Merced) ha messo a punto un materiale morbido e flessibile dotato di "durabilità adattiva", il che significa che diventa più resistente quando viene colpito o allungato.

Il materiale conduce anche elettricità, caratteristica che potrebbe renderlo adatto all'impiego in futuri dispositivi indossabili o sensori medici realizzati su misura per i singoli pazienti.

I ricercatori hanno presentato lo studio all'ultima conferenza dell'American Chemical Society (ACS) che si è tenuta a marzo, dove hanno spiegato che l'ispirazione per il nuovo materiale è nata "in cucina", osservando l'impasto di amido di mais.

"Quando mescolo lentamente l'amido di mais e l'acqua, il cucchiaio si muove facilmente", ha spiegato Yue (Jessica) Wang, scienziata dei materiali e principale autrice dello studio. "Ma se sollevo il cucchiaio e poi infilzo il composto, il cucchiaio non rientra. È come infilzare una superficie dura".

L'impasto mostra quindi una durabilità adattiva, passando da malleabile a duro a seconda della forza applicata. Il team di Wang ha quindi deciso di imitare questa proprietà in un materiale conduttivo solido e per far farlo si è "rivolto" ai polimeri coniugati, cioè lunghe molecole conduttive simili a spaghetti.

Al fine di arrivare all'obiettivo, il team di Wang ha cercato di trovare la giusta combinazione di polimeri coniugati per creare un materiale durevole che imitasse il comportamento adattivo delle particelle di amido di mais nell'acqua.

Per prima cosa i ricercatori hanno creato una soluzione acquosa di quattro polimeri: poli(2-acrilammido-2-metilpropansolfonico) lunghi, simili a spaghetti, molecole di polianilina più corte e una combinazione altamente conduttiva nota come poli(3,4-etilendiossitiofene) polistirene solfonato (PEDOT:PSS). Dopo aver disteso uno strato sottile della miscela e averlo asciugato per formare una pellicola, il team ha testato le proprietà meccaniche del materiale elastico scoprendo che, invece di rompersi a causa di impatti molto rapidi, si deformava o si allungava: più veloce era l'impatto, più elastica e resistente diventava la pellicola.

Aggiungendo ulteriore del 10% di PEDOT:PSS migliorava sia la conduttività che la durabilità adattiva del materiale.

In seguito, il team ha anche sperimentato l'aggiunta di piccole molecole alla miscela, notando come ciascun additivo modificasse le caratteristiche dei polimeri. In definitiva, gli additivi nanoparticellari caricati positivamente migliorano la funzionalità adattativa. "L'aggiunta di molecole caricate positivamente al nostro materiale lo ha reso ancora più forte a velocità di allungamento più elevate", ha dichiarato Di Wu, ricercatore post-dottorato del team.

Il prossimo passo è dimostrare l'applicabilità del materiale: si parla di cinturini e sensori posteriori per smartwatch che potrebbero resistere meglio all'uso quotidiano.

Il materiale potrebbe trovare spazio anche in campo medico, magari integrandosi in dispositivi indossabili come sensori cardiovascolari o monitor per il livello di glucosio.

Wu e il suo il team, inoltre, hanno reso una versione precedente del materiale adatta alla stampa 3D e hanno creato una replica di una mano umana per dimostrarne il potenziale utilizzo come protesi. "Esistono numerose potenziali applicazioni e siamo entusiasti di vedere dove ci porterà questa nuova proprietà non convenzionale", ha affermato Wang.