Spugne di nanofibre di ceramica: un materiale eccezionalmente versatile

Le nanostrutture elastiche tridimensionali (3D) sono una classe di materiali che presentano proprietà eccezionali, quali elevata porosità, un alto rapporto superficie volume, ottime proprietà meccaniche e bassa densità. Questi materiali sono stati impiegati per numerose applicazioni, tuttavia, la loro sensibilità alle temperature elevate (dovuta ai loro componenti, principalmente carbonio e polimeri), ne ha limitato il loro uso. Una classe di materiali che potrebbero risolvere questo problema è la ceramica, che presenta un’ottima stabilità chimica e meccanica alle alte temperature. Si potrebbe pensare che la fragilità e la sensibilità alla presenza di difetti di tale materiale potrebbero renderlo non adatto per la formazione di un materiale elastico e leggero. Tuttavia, quando si scende alla scala nanometrica, le crepe e i difetti diventano talmente piccoli che occorre molta più energia perché si attivino e si propaghino. Inoltre, grazie alla diffusione degli atomi lungo i bordi di grano (grain boundaries), il materiale può deformarsi senza rompersi.  Quindi, potenzialmente, le nanostrutture 3D di ceramica dovrebbero rappresentare la soluzione per ottenere un materiale leggero, elastico e resistente alle alte temperature. Il problema è che le nanonofibre di ceramica non sono semplici da preparare. In una ricerca appena pubblicata su Science Advances, scienziati della Brown Universitiy hanno sviluppato un nuovo metodo a basso costo e applicabile su scala industriale per ottenere nanofibre di ceramica. Il processo utilizza aria compressa per spingere una soluzione contenente il materiale ceramico attraverso una minuscola apertura di una siringa. Al fuoriuscire, il liquido solidifica velocemente in fibre nanometriche, le quali vengono raccolte in una gabbia di filatura e scaldate in modo da evaporare il solvente. Il materiale risultante è una massa ingarbugliata di nanofibre di ceramica dall’aspetto simile ad una palla di cotone. La spugna di nanofibre presenta eccellenti proprietà elastiche a temperatura ambiente che si mantengono fino agli 800 °C e con proprietà meccaniche presenti fino a 1300 °C. Presenta, inoltre, ottime proprietà di isolamento termico. Infatti, se si posiziona un petalo di un fiore sopra la spugna e si riscalda la base a 400 ºC per 10 minuti, il petalo diventa “croccante”, ma non si brucia come invece avviene su altri materiali ceramici porosi. In aggiunta tale materiale presenta caratteristiche quali la conducibilità elettrica dipendente dall’elasticità e attività fotocatalitica che lo rendono ideale per svariate applicazioni (elettrodi, sensori di pressione e temperatura, isolatori termici, purificazione delle acque).  



 

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