Nanostrutture

Modello di materia soffice ad anelli elastici

Anelli elastici con taglia variabile da centinaia di nanometri a qualche micron come nuovo modello di materia soffice

Un team di ricerca del Cnr-Isc ha dimostrato, grazie a un modello numerico di materia composta da anelli elastici, come la risposta dinamica del sistema sia influenzata dall'abilità di deformarsi propria di questi colloidi soffici.

I colloidi sono particelle con taglia variabile da centinaia di nanometri a qualche micron e possono essere naturali o artificiali. L'avanzamento tecnologico degli ultimi 20 anni ha permesso di sintetizzare diverse varietà di queste particelle dalle molteplici proprietà, tra cui i cosiddetti colloidi 'soffici', fatti principalmente da materiale polimerico, ovvero catene flessibili che danno alle particelle la possibilità di deformarsi e di interpenetrarsi (pensate a delle reti estremamente morbide e intrecciate fra loro).

I collodi soffici presentano molteplici applicazioni ad esempio nella biomedicina, microfluidica e sensoristica ed è dunque importante comprendere come le proprietà di un singolo colloide influenzino il comportamento del materiale che essi formano.

In un recente studio numerico pubblicato su Nature Physics, (1) il team dell'Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Isc), composto da Nicoletta Gnan e Emanuela Zaccarelli, ha mostrato che un modello numerico di particelle soffici con un'elasticità interna è in grado di riprodurre meccanismi osservati sperimentalmente, ma finora incompresi a livello microscopico.

“Ispirate dalla natura polimerica di questi colloidi, abbiamo deciso di lavorare in due dimensioni e di considerare dei semplici anelli polimerici elastici”, spiega Nicoletta Gnan. “Questi sono assimilabili a dei cerchietti la cui forma circolare viene mantenuta per via delle interazioni elastiche interne, che riescono quindi a mimare l'effetto di una rete polimerica. Più è forte l'interazione elastica, più gli anelli polimerici diventano duri, viceversa quanto meno forti sono le interazioni elastiche, quanto più soffici sono gli anelli. Questo permette loro di deformarsi e in questo modo di immagazzinare spontaneamente energia elastica (stress) che poi rilasciano quando riescono a tornare in forma circolare”.

Nano-laser costituito da una rete di nanofibre polimeriche

Il Nano-laser non-convenzionale è una sorta di minuscola e impalpabile ragnatela, un intreccio di nanofibre polimeriche che emettono e amplificano la luce

Ricercatori dell'Istituto nanoscienze del Cnr, Imperial College e Università di Pisa realizzano un nuovo tipo di Nano-laser basato su un reticolo di filamenti plastici che emettono e amplificano la luce.

Pubblicato su Nature Communications, lo studio apre la strada a una nuova classe di dispositivi che potranno essere usati come sorgenti di luce miniaturizzate e sensori ottici ad alta efficienza

Un team di ricercatori dell'Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (CnrNano) ha sviluppato un nuovo tipo di laser costituito da una rete di filamenti miniaturizzati di polimeri. Il risultato della collaborazione tra Imperial College di Londra, CnrNano, Università di Pisa, Università del Salento e Università di Exeter è pubblicato su Nature Communications, (1) e apre la strada ad una nuova classe di dispositivi laser che potranno essere usati come sorgenti di luce miniaturizzate e come sensori ottici ad alta efficienza.

Il cuore del laser non-convenzionale è una sorta di minuscola e impalpabile ragnatela, un intreccio di nanofibre polimeriche che emettono e amplificano la luce. “Contrariamente ai laser convenzionali che usano specchi o strutture periodiche per intrappolare ed amplificare la luce, in questo dispositivo essa è prodotta e amplificata dalla rete di filamenti”, spiega Andrea Camposeo di CnrNano. “Le nanofibre emettono luce e poi funzionano come fibre ottiche lungo le quali questa si propaga: intrappolata nel reticolo lungo i percorsi di una matrice disordinata la luce è soggetta a interferenze in centinaia di nodi ed emerge amplificata come luce laser”.

I ricercatori hanno realizzato una rete di nanofili composti da materiale fotoattivo, con un diametro di tra i 200 e i 500 nanometri (un nanometro è pari a un milionesimo di millimetro) e con un elevato numero di nodi e di rami. Ogni struttura è una rete disordinata planare, ramificata così da connettere ciascun nodo al loro vicino più prossimo.

Creata una lega con la forza del titanio e la densità dell'acqua


Il “legno metallico” della Penn Engineer ha la forza del titanio e la densità dell'acqua

Mazze da golf ad alte prestazioni e ali per aeroplani sono realizzate in titanio, resistente come l'acciaio, ma pesante circa la metà. Queste proprietà dipendono dal modo in cui gli atomi di un metallo sono legati, ma i difetti che insorgono nel processo di fabbricazione fanno sì che questi materiali siano resistenti solo una minima parte di quello che teoricamente potrebbero essere.

Un architetto, lavorando sulla scala dei singoli atomi, potrebbe progettare e costruire nuovi materiali che abbiano rapporti di forza-peso ancora migliori.

In un nuovo studio pubblicato su Nature Scientific Reports, (1) i ricercatori della School of Engineering and Applied Science dell'Università della Pennsylvania, dell'Università dell’Illinois, dell’Università di Cambridge e la Middle East Technical University di Ankara, in Turchia, hanno fatto proprio questo. Hanno costruito un foglio di nichel con pori di dimensioni nanometriche che lo rendono resistente come il titanio ma da quattro a cinque volte più leggero.

Lo spazio vuoto dei pori e il processo di auto-assemblaggio in cui sono realizzati rendono il metallo poroso simile a un materiale naturale, come il legno.

E proprio come la porosità della venatura del legno serve alla funzione biologica di trasportare energia, lo spazio vuoto nel “legno metallico” dei ricercatori potrebbe essere infuso con altri materiali. Infondere l'impalcatura con materiali anodici e catodici consentirebbe a questo legno metallico di svolgere il doppio compito: un'ala piatta o una gamba protesica che divenga anche una batteria.

Lo studio è stato condotto da James Pikul, (2) Assistant Professor presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica Applicata presso la Penn Engineering.

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