Più resistente dell'acciaio e leggero come la plastica, il nuovo materiale del MIT è rivoluzionario

I chimici del MIT hanno creato un nuovo materiale più resistente dell'acciaio e leggero come la plastica, facilmente realizzabile in grandi quantità che potrebbe essere usato per rivestire parti di auto o cellulari, o come materiale da costruzione per ponti e altre strutture. Lo studio è stato pubblicato su Nature.

Ottenuto usando un nuovo processo di polimerizzazione, questo materiale ribattezzato 2DPA-1 si basa su un polimero bidimensionale capace di autoassemblarsi in fogli. È una caratteristica fondamentale, in quanto altri polimeri formano catene unidimensionali, come se si trattasse di uno spaghetto. Finora gli scienziati ritenevano impossibile indurre i polimeri a formare fogli 2D.

"Di solito non pensiamo alla plastica come a qualcosa che potresti usare per supportare un edificio, ma con questo materiale puoi creare cose nuove", ha dichiarato Michael Strano, professore di ingegneria chimica al MIT. "Ha proprietà molto insolite e ne siamo molto entusiasti".

I polimeri sono formati da catene di monomeri e crescono aggiungendo nuove molecole alle estremità. Una volta formati, i polimeri possono essere modellati in oggetti tridimensionali, come bottiglie d'acqua, usando la tecnica dello stampaggio a iniezione.

Gli scienziati ipotizzavano da tempo la possibilità di indurre i polimeri a crescere in un foglio bidimensionale, ma dopo decenni di lavoro avevano ritenuto che fosse impossibile. A portarli a questa conclusione la convinzione che se anche un solo monomero avesse ruotato verso l'alto o il basso, fuori dal piano del foglio in crescita, il materiale avrebbe iniziato ad espandersi in tre dimensioni perdendo la struttura 2D.

Strano e i suoi colleghi hanno escogitato un nuovo processo di polimerizzazione che permette di ottenere un foglio bidimensionale chiamato poliarammide. Per i blocchi costitutivi del monomero hanno usato un composto chiamato melamina che contiene un anello di atomi di carbonio e azoto. Nelle giuste condizioni, questi monomeri possono crescere in due dimensioni, formando dei dischi. Questi dischi si impilano uno sopra l'altro e sono tenuti insieme da legami di idrogeno che rendono la struttura molto stabile e resistente.

"Anziché creare una molecola simile a uno spaghetto, possiamo fare un piano molecolare simile a un foglio, dove otteniamo molecole che si uniscono insieme in due dimensioni", ha dichiarato Strano. "Questo meccanismo avviene spontaneamente in una soluzione, e dopo aver sintetizzato il materiale, possiamo facilmente rivestire film sottili che sono straordinariamente resistenti".

Poiché il materiale si autoassembla in una soluzione, può essere prodotto in grandi quantità semplicemente aumentando la quantità dei materiali di partenza.

Durante le analisi, i ricercatori hanno scoperto che il modulo elastico del nuovo materiale, ovvero quanta forza è necessaria per deformarlo, è da quattro a sei volte maggiore rispetto a quello del vetro antiproiettile. Inoltre, la forza richiesta per rompere il materiale è il doppio di quella dell'acciaio, anche se il materiale ha circa un sesto della densità dell'acciaio.

Un'altra caratteristica fondamentale di 2DPA-1 è che è impermeabile ai gas. "Questo potrebbe permetterci di creare rivestimenti ultrasottili che possono impedire completamente il passaggio di acqua o gas", ha spiegato Strano. "Questo tipo di rivestimento potrebbe essere utilizzato per proteggere il metallo in automobili e altri veicoli o strutture in acciaio".

Adesso Strano e i suoi studenti stanno studiando in maggiore dettaglio come questo polimero riesca a formare i fogli 2D e stanno sperimentando la modifica della sua composizione molecolare per creare altri tipi di materiali.