Rendere i materiali intelligenti piu’ efficienti, rapidi da realizzare e adatti a un impiego su scala industriale. E’ l’obiettivo delle ricerche condotte da Giuseppe Nenna di ENEA e Lucia Petti del Cnr-Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “Eduardo Caianiello” (ISASI), che stanno sviluppando nuove soluzioni per migliorare le prestazioni dei polimeri fotomobili, una particolare classe di materiali capaci di trasformare la luce in movimento meccanico. I risultati sono stati presentati alla recente Conferenza internazionale sulla Scienza dei materiali e le nanotecnologie di Barcellona e sono stati sviluppati nell’ambito dei progetti PULSE-COM e ALICE.
Gli smart materials sono materiali in grado di modificare forma, dimensioni, rigidita’ o altre proprieta’ fisiche in risposta a stimoli esterni, come temperatura, luce, pressione o campi elettrici e magnetici. Questa capacità li rende particolarmente interessanti per lo sviluppo di dispositivi innovativi in numerosi settori industriali e tecnologici. In ambito biomedicale, ad esempio, questi materiali possono essere utilizzati per realizzare dispositivi impiantabili, come pacemaker e protesi articolari, capaci di adattare il proprio comportamento agli stimoli fisiologici dell’organismo. Un’altra applicazione riguarda gli idrogel intelligenti, materiali che modificano la propria struttura in risposta a variazioni di temperatura, pH o campi elettrici, consentendo il rilascio controllato di farmaci. Il gruppo di ricerca congiunto ENEA-Cnr si e’ concentrato sui Photomobile Polymers (PMP), una nuova classe di attuatori ottici che reagiscono all’illuminazione producendo movimenti controllati e reversibili. Alla base del loro funzionamento vi sono molecole di azobenzene, che convertono l’energia luminosa in lavoro meccanico deformando il materiale quando vengono irradiate con specifiche lunghezze d’onda.
“Si tratta di materiali sensibili agli stimoli, che sono in grado di convertire l’energia luminosa in lavoro meccanico e che subiscono deformazioni controllate e reversibili quando vengono esposti a specifiche lunghezze d’onda della luce”, spiega Giuseppe Nenna, ricercatore del Laboratorio Componenti e sistemi intelligenti per la manifattura del Dipartimento Sostenibilita’ di ENEA. “Questi materiali offrono un’ampia gamma di potenziali applicazioni, che spaziano dall’optoelettronica alla microingegneria, dal settore biomedico fino alle scienze ambientali”. Per aumentarne le prestazioni, i ricercatori hanno studiato il comportamento fotomeccanico dei polimeri in differenti condizioni sperimentali, valutando in particolare gli angoli di flessione e la velocità di attuazione. Tra le strategie sviluppate figura la laminazione dei film polimerici con uno strato di rame, che migliora la distribuzione del calore e permette al materiale di sopportare livelli piu’ elevati di irraggiamento senza perdita di prestazioni. Un ulteriore miglioramento e’ stato ottenuto incorporando nella matrice polimerica nanoparticelle, tra cui carbon black, ossido di zinco e nanocuboidi d’argento, che consentono di attivare indirettamente le molecole di azobenzene. Questa soluzione aumenta l’efficienza del movimento e riduce sensibilmente i tempi di risposta dei materiali. “Alla recente Conferenza internazionale sulla Scienza dei materiali e le nanotecnologie di Barcellona abbiamo presentato nuove strategie che permettono di allargare la banda di lunghezze d’onda utilizzabile dai polimeri fotomobili, in modo da renderli utilizzabili anche con la radiazione solare e da offrire una soluzione scalabile, destinata ad applicazioni nella soft robotics e nei sistemi adattivi”, conclude Nenna. Le attivita’ sono state sviluppate nell’ambito dei progetti europei PULSE-COM (Photo-Piezo-ActUators based on Light SEnsitive COMposite) e ALICE (Actuators-based on LIgth sensitive CompositE). Quest’ultimo ha ricevuto anche un riconoscimento speciale nell’ambito dell‘Innovation Village Award, dedicato ai migliori progetti nel settore dei nuovi materiali e dei materiali avanzati.
