Sviluppare la ricerca nella direzione della sostenibilità porta a vantaggi sorprendenti come dimostrato dallo studio di Carla Fernández Rico per replicare la microstruttura responsabile dell’intensa colorazione della Sialia sialis.
Il blu è uno dei colori più rari in natura. Solo una minima percentuale di animali ha questa tinta.
L’uccello azzurro orientale del Nord America, appartenente alla famiglia dei tordi genere Sialia, ha attirato l’attenzione dei ricercatori dell’ETH di Zurigo perché la tonalità non si basa sui pigmenti, ma sulla particolare configurazione del piumaggio. Al microscopio si vede una rete di canali del diametro di poche centinaia di nanometri (un miliardesimo di metro).
Il Laboratorio dei materiali guidato da Eric Dufresne ha deciso di replicare artificialmente la struttura sviluppando un nuovo metodo che ha portato allo stesso design organico, con un grande potenziale per applicazioni pratiche grazie alle nanoreti.
Gli studiosi hanno messo una gomma siliconica trasparente, allungabile e deformabile, in una soluzione oleosa e l’hanno lasciata gonfiare per diversi giorni in un forno alla temperatura di 60 gradi Celsius. Successivamente la sostanza è stata raffreddata a temperatura ambiente estraendo la gomma.
I ricercatori hanno osservato come la nanostruttura della gomma fosse cambiata durante la procedura ed hanno identificato strutture di rete simili a quelle che conferiscono il tipico colore alla piuma dell’uccello azzurro. La differenza principale è lo spessore dei canali formati: la piuma misura circa 200 nanometri, mentre il materiale è di 800 nanometri.
Il principio è la separazione delle fasi. Questo fenomeno si vede normalmente in cucina quando si condisce un’insalata con olio e aceto. Mescolare i due liquidi non è facile ed è meglio agitare vigorosamente anche se poi si separano non appena si smette di lavorarli. I due condimenti si potrebbero mescolare riscaldandoli per separarli raffreddandoli, proprio come hanno fatto in laboratorio per dividere la gomma siliconica e la soluzione oleosa. Questo processo provoca la formazione di un’intera rete microscopica di canali all’interno della gomma.
L’autrice principale, Carla Fernández Rico, ha spiegato come il team sia in grado di controllare e selezionare le condizioni fermando la procedura prima che le due fasi tornino a fondersi.
Il nuovo materiale ha una dimensione di diversi centimetri e rimane scalabile. In linea di principio si potrebbe usare un pezzo di plastica gommosa di qualsiasi misura, ma servirebbero contenitori e forni adeguati.
La lavorazione sta suscitando molto interesse nella comunità scientifica. Il materiale offre potenzialità per applicazioni tecniche sostenibili, ad esempio per i filtri per l’acqua. Nelle strutture a canale il rapporto superficie/volume è enorme e questo consentirebbe la rimozione efficiente di contaminanti come batteri o altre particelle.
Un altro utilizzo è per le batterie dove gli ioni si muovono tra gli elettrodi attraverso un liquido chiamato elettrolito. Uno dei motivi principali per cui le batterie si usurano è dato dalla reazione degli ioni con l’elettrolito liquido quando i due elettrodi stabiliscono un contatto dannoso Per risolvere il problema si potrebbero usare elettroliti solidi con una rete di canali interconnessi.
Fernández Rico ha commentato come il metodo sia lontano dall’essere pronto per il mercato. La fase oleosa è piuttosto cara e lei desidera sviluppare la ricerca nell’ottica della sostenibilità. Molti polimeri naturali, come la cellulosa o la chitina hanno una struttura simile alla gomma impiegata nella sperimentazione, fattore che li rende maggiormente rispettosi verso l’ambiente a patto di rendere funzionale l’intero procedimento.
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Immagini: ETH Zurigo – elaborazione grafica di copertina da foto wikipedia.
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