Portare l’automazione nei materiali
In un nuovo e-book vengono trattati gli sviluppi raggiunti dalla tecnologia degli elastomeri a cristalli liquidi (LCE, Liquid Crystal Elastomer) grazie al sostegno del progetto APRA, finanziato dall’UE. L’e-book, che è stato scritto dal professore di fisica dei polimeri Eugene M. Terentjev dell’Università di Cambridge, dove si svolgono le attività del progetto APRA, fa luce su queste plastiche intelligenti e in particolare sul modo in cui gli LCE portano l’automazione nei materiali.
Che cosa sono esattamente gli LCE?
Gli LCE sono una rete gommosa di polimeri che, sottoposti a vari stimoli, mostrano un cambiamento di forma reversibile. Nell’e-book vengono descritti come «una nuova classe di materiali dotati di intelligenza fisica». Inoltre, viene spiegato che«si tratta di materiali plastici che rilevano e rispondono all’ambiente circostante, prendendo decisioni, analizzando e diagnosticando problemi senza richiedere l’intervento umano. Gli elastomeri a cristalli liquidi sono davvero il materiale del futuro». I materiali polimerici multifunzionali sviluppati nell’ambito del progetto APRA sono riciclabili e riprocessabili. Una proprietà unica degli LCE descritta nell’e-book è l’elasticità morbida, «che combina le proprietà di dissipazione di un liquido con la resistenza meccanica di un termoindurente per produrre livelli di attenuazione delle vibrazioni di gran lunga superiori alle tecnologie leader di mercato basate su poliuretano o silicone». Gli LCE presentano anche una forte adesione sensibile alla pressione (PSA, Pressure-Sensitive Adhesion), risultando appiccicosi al tatto e aderendo alla maggior parte delle superfici. Attraverso il progetto APRA, l’Università di Cambridge collabora con Cambridge Smart Plastics, azienda tecnologica spin-off, per sviluppare un nuovo concetto che utilizza LCE adesivi reversibili, definiti «semplici come una mano che afferra e lascia andare su richiesta». I ricercatori hanno creato una gomma naturalmente adesiva le cui proprietà cambiano con il riscaldamento, consentendo un facile distacco. Questa gomma, quando si raffredda, diventa di nuovo appiccicosa, dando una seconda vita a questo «adesivo veramente riutilizzabile». Un’altra proprietà sorprendente è la capacità degli LCE di contrarsi ed espandersi in modo reversibile se riscaldati o raffreddati. «Se il materiale è programmato per una determinata forma quando è allineato, allora questa sarà la sua forma naturale. Tuttavia, riscaldando il materiale si avrà una contrazione fino al 100-200 %, completamente reversibile (l’LCE si estenderà di nuovo nella sua forma naturale una volta raffreddato). Questa attuazione meccanica ci permette di progettare attuatori, muscoli artificiali o un motore LCE che agisce sulla differenza di temperatura tra due contenitori.» Una recente scoperta dei ricercatori ha permesso di superare i fattori che ostacolavano da tempo l’impiego degli LCE nei dispositivi pratici. Il punto di svolta è stato lo sviluppo di LCE a base di vitrimeri. «I vitrimeri sono molto più stabili di altre reti di elastomeri transitori, pur consentendo il rimodellamento termico (il che rende il materiale completamente rinnovabile). Ciò permette di realizzare forme complesse con allineamenti locali intricati (impossibili negli elastomeri permanenti tradizionali)», si legge nell’e-book. Queste proprietà aprono la strada a un’intera serie di applicazioni LCE: cuscinetti di isolamento acustico, dispositivi che attenuano le vibrazioni stradali per migliorare la precisione di rilevamento della distanza mediante impulso laser e il comfort dei passeggeri, nastri adesivi completamente reversibili che «eliminano la natura “monouso” degli adesivi attuali», pannelli solari a inseguimento solare e motori che convertono il calore residuo in lavoro utile. Il progetto quinquennale APRA (Active Polymers for Renewable Functional Actuators) si concluderà nel settembre 2023. Per ulteriori informazioni, consultare il sito: pagina web del progetto APRA
Parole chiave
APRA, elastomero a cristalli liquidi, polimero, plastica, elasticità, adesione, automazione, gomma, vitrimero
