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I ricercatori hanno sviluppato una molecola che, una volta aggiunta a un polimero, aumenta la durabilità del materiale rendendolo più simile al metallo in termini di capacità di resistere alle fluttuazioni di temperatura. Dicono che potrebbe aumentare la durata di qualsiasi cosa, dalle custodie in plastica dei telefoni ai missili.

A causa del loro basso costo, della bassa densità, delle buone proprietà di isolamento termico ed elettrico e dell’elevata resistenza alla corrosione, i polimeri si trovano in quasi tutti gli articoli utilizzati nella vita quotidiana. Tuttavia, la continua esposizione al caldo e al freddo provoca l’espansione e la contrazione dei materiali, compresi i polimeri, che alla fine portano al deterioramento.

Materiali diversi si espandono e si contraggono a velocità diverse: i metalli e la ceramica, ad esempio, si contraggono meno dei polimeri. I ricercatori dei Sandia National Laboratories negli Stati Uniti hanno modificato una molecola che, se aggiunta a un polimero, aumenta la durabilità del materiale per renderlo più simile al metallo.

"Questa è davvero una molecola unica che quando la riscaldi, invece di espandersi, si contrae subendo un cambiamento nella sua forma", ha detto Erica Redline, una scienziata dei materiali che ha guidato il gruppo di ricerca. “Quando viene aggiunto a un polimero, fa sì che il polimero si contragga meno, raggiungendo valori di espansione e contrazione simili a quelli dei metalli. Avere una molecola che si comporta come un metallo è davvero notevole”.

L’idea di sviluppare la molecola rivoluzionaria – a cui i ricercatori non hanno dato un nome – è nata in seguito alle lamentele dei clienti Sandia sulla fragilità degli smartphone, che sono costituiti da vari materiali che reagiscono ciascuno in modi diversi al caldo e al freddo.

"Prendi, ad esempio, il tuo telefono, che ha un involucro di plastica accoppiato a uno schermo di vetro, e al suo interno, i metalli e la ceramica che compongono i circuiti", ha detto Redline. "Questi materiali sono tutti avvitati, incollati o in qualche modo legati insieme e inizieranno ad espandersi e contrarsi a velocità diverse, esercitando sollecitazioni reciproche che possono causarne la rottura o la deformazione nel tempo."

I ricercatori affermano che la molecola potrebbe rivoluzionare il modo in cui i polimeri vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui elettronica, sistemi di comunicazione, pannelli solari, parti automobilistiche, circuiti stampati, progetti aerospaziali, sistemi di difesa e pavimentazioni.

"La molecola non solo risolve i problemi attuali, ma apre in modo significativo lo spazio di progettazione per ulteriori innovazioni in futuro", ha affermato Jason Dugger, un ingegnere chimico di Sandia.

Dicono che un vantaggio è che può essere introdotto in diverse parti di un polimero in percentuali diverse durante la stampa 3D.

"Potresti stampare una struttura con determinati comportamenti termici in un'area e altri comportamenti termici in un'altra per abbinare i materiali in diverse parti dell'oggetto", ha detto Dugger.

Inoltre, aiuta a ridurre il peso dei materiali eliminando i riempitivi pesanti. Spesso minerali come carbonato di calcio, silice, argilla, caolino e carbonio vengono aggiunti come riempitivi per rendere il polimero più facile da modellare e modellare e garantire stabilità.

"Ci consentirebbe di fare cose molto più leggere per risparmiare massa", ha detto Dugger. “Ciò è particolarmente importante, ad esempio, quando si lancia un satellite. Ogni grammo che possiamo risparmiare è enorme”.

Finora i ricercatori hanno creato solo piccole quantità della molecola, ma stanno lavorando su un modo per aumentarne la produzione. Attualmente, sono necessari circa 10 giorni per produrre da 7 a 10 g (da 0,2 a 0,3 once).

"Purtroppo la sintesi di questa molecola è lunga", ha detto Chad Staiger, il chimico organico responsabile della creazione della molecola. “Più passaggi equivalgono a più tempo e più denaro. Di solito si vedono sintesi in cinque o sei fasi in materiali di valore più elevato come i prodotti farmaceutici. Nei polimeri, più sono economici, meglio è per un’adozione su larga scala”.

Ciononostante, i ricercatori rimangono ottimisti riguardo ai potenziali usi della molecola.

"Non c'è niente di simile là fuori", ha detto Eric Nagel, parte del gruppo di ricerca. “Sono davvero entusiasta delle possibilità offerte da questa tecnologia e dell’applicazione che potrebbe essere associata a essa”.