Scoperto uno straordinario “gel vetroso” resistente, ma malleabile, e auto riparabile

Con una scoperta sorprendente, i ricercatori hanno creato una nuova classe di materiali chiamati ‘gel vetrosi’ che sono per metà liquidi, ma difficili da frantumare, pur avendo l’aspetto del vetro. 

Estensibili, stranamente adesivi e in grado di ‘auto-ripararsi’ se tagliati, le sorprendenti proprietà di questi gel li rendono potenzialmente utili per una gamma più ampia di applicazioni rispetto alle plastiche comunemente utilizzate, che sono dure e fragili o morbide e facilmente lacerabili. La ricerca è stata pubblicata su Nature.

“Abbiamo creato una classe di materiali che abbiamo definito gel vetrosi, che sono duri come i polimeri vetrosi, ma – se si applica una forza sufficiente – possono allungarsi fino a cinque volte la loro lunghezza originale, invece di rompersi”, dice Michael Dickey, scienziato dei materiali della North Carolina State University (NCSU).

Il nuovo prodotto gel è estremamente resistente alla perforazione

Ma come per molte scoperte scientifiche fortuite, l’obiettivo non è mai stato quello di creare un’intera nuova classe di sostanze,  “Ci siamo imbattuti in questi materiali interessanti”, dice, quando il ricercatore dell’NCSU Meixiang Wang stava sperimentando gli ionogel, materiali costituiti da un polimero gonfiato con un liquido ionico che conduce elettricità. La f

Wang stava cercando di realizzare dispositivi estensibili e indossabili che potessero essere utilizzati in un sensore di pressione, in altri dispositivi medici o nella robotica. Modificando la composizione, Wang ha prodotto un gel che all’inizio sembrava un “banale pezzo di plastica trasparente e flessibile”, prima che i test dimostrassero che era molto duro – ma non fragile come altre plastiche comuni.

“Una volta capito che avevano proprietà notevoli, ci siamo subito addentrati nello studio  per capirle meglio”, dice Dickey.

I gel vetrosi sono realizzati con un liquido ionico, che è simile all’acqua ma è costituito interamente da particelle cariche, che gli consentono di condurre l’elettricità. Quando viene mescolato con un precursore polimerico, il liquido spinge le catene polimeriche, rendendo il materiale morbido ed elastico. Allo stesso tempo, gli ioni sono anche fortemente attratti dalle catene polimeriche, impedendo loro di separarsi ed acquisendo la particolare capacità di auto-ripararsi.

“Il risultato finale è che il materiale è duro a causa delle forze attrattive, ma è ancora in grado di allungarsi grazie allo spazio fra le molecole” I gel vetrosi non si seccano, anche se sono composti dal 50 al 60 percento di liquido, e i test hanno dimostrato che hanno una forza di frattura e una tenacità “enormi”.

Il materiale può anche ‘auto-ripararsi’, riformandosi se viene tagliato, e ha una sorta di memoria che permette a un gel allungato di mantenere la sua forma, per poi contrarsi alla sua forma originale quando viene riscaldato.

Sebbene insolite, tali proprietà rigenerative non sono particolarmente nuove, soprattutto nei materiali elastici simili al gel. Recentemente, gli scienziati sono riusciti a realizzare materiali tipicamente rigidi, come metalli, vetro, pannelli solari e cemento, che guariscono quando si rompono. Se commercializzati, materiali come questi, in grado di ripararsi da soli quando vengono danneggiati, potrebbero aiutare a ridurre gli sprechi, nell’edilizia, nell’elettronica e nella moda.

Ma la strana combinazione della natura straordinaria dei gel vetrosi è qualcosa che i ricercatori vogliono esplorare ulteriormente.

“Forse la caratteristica più intrigante dei gel vetrosi è la loro adesività”, dice Dickey. “Capiamo cosa li rende duri ed estensibili, [ma] possiamo solo ipotizzare cosa li rende così appiccicosi”.

Ovviamente sono necessari ulteriori test e ottimizzazioni del ‘gel’ prima che questi gel possano essere utilizzati in modo pratico, ma pensando alle potenziali applicazioni, Dickey dice che i materiali resistenti che conducono l’elettricità (come il gel) sono utili nelle batterie.

Altri utilizzi potenziali includono la stampa 3D di materiali simili alla plastica, utilizzando tecniche più semplici rispetto all’elaborazione per fusione – il metodo attualmente utilizzato per produrre plastica commerciale dalle resine di partenza. Questo processo spesso comporta la spedizione dei prodotti a più strutture per ogni fase della produzione di plastica, mentre i gel vetrosi possono essere iniettati in uno stampo e polimerizzati con la luce UV, quindi praticamente richiedono solo una lampada.

Ma prima di lavorare sulle applicazioni, Dickey dice che il suo team vuole capire meglio le basi di come si formano questi materiali e perché sembra esserci un ‘rapporto magico’ tra solvente e polimero che crea le proprietà uniche dei gel.