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Ricercatori di Stanford stampano in 3D nanoparticelle per materiali mutaforma

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Proprio la scorsa settimana i ricercatori di Stanford Bio-X hanno pubblicato uno studio sulla stampa 3D di un milione di parti microscopiche (utilizzando una versione della tecnologia di Carbon), e un altro team di Stanford ha fatto notizia per aver utilizzato una tecnica di nanostampa 3D per produrre una delle forme più promettenti conosciute – Tetraedri troncati di Archimede. Questi sono tetraedri su scala micron con le punte mozzate.

Nell’articolo, Wendy Gu, assistente professore di ingegneria meccanica presso l’Università di Stanford, e i suoi coautori descrivono come hanno nanostampato decine di migliaia di queste impegnative nanoparticelle, le hanno mescolate in una soluzione e poi hanno osservato come si autoassemblavano in vari strutture cristalline promettenti. Ancora più importante, questi materiali possono passare da uno stato all’altro in pochi minuti semplicemente riorganizzando le particelle in nuovi schemi geometrici.

“Se potessimo imparare a controllare questi spostamenti di fase nei materiali costituiti da questi tetraedri troncati di Archimede, ciò potrebbe portare in molte direzioni ingegneristiche promettenti”, ha affermato.

Un team di Stanford ha fatto notizia per aver utilizzato una tecnica di nanostampa 3D per produrre una delle forme più promettenti conosciute
Immagini ottiche di tetraedri troncati che formano due grandi grani esagonali in corrispondenza di un confine anti-fase (a sinistra) e si trasformano in una fase quasi-diamante iniziata in corrispondenza del confine anti-fase (a destra). Le barre della scala sono 25 um. (Crediti immagine: David Doan e John Kulikowski)

Preda sfuggente

Nei nanomateriali, la geometria della particella nel materiale definisce le caratteristiche fisiche del materiale risultante. I tetraedri troncati di Archimede (ATT) sono stati a lungo teorizzati come tra le geometrie più desiderabili per la produzione di materiali che possono facilmente cambiare fase, ma fino a poco tempo fa erano difficili da fabbricare, previsti nelle simulazioni al computer ma difficili da riprodurre nel mondo reale.

Il team di Gu non è il primo a produrre in quantità tetraedri troncati di Archimede su scala nanometrica, ma è tra i primi, se non il primo, a utilizzare la nanostampa 3D per farlo. “Con la nanostampa 3D possiamo realizzare quasi tutte le forme che desideriamo. Possiamo controllare la forma delle particelle con molta attenzione”, ha spiegato Gu. “Le simulazioni hanno previsto che questa forma particolare formi strutture molto interessanti. Quando puoi assemblarli insieme in vari modi producono preziose proprietà fisiche”.

Gli ATT formano almeno due strutture geometriche altamente desiderabili. Il primo è uno schema esagonale in cui i tetraedri poggiano piatti sul substrato con le punte troncate rivolte verso l’alto come una catena montuosa su scala nanometrica. Il secondo è forse ancora più promettente, ha detto Gu. Si tratta di una struttura cristallina quasi-diamante in cui i tetraedri si alternano con orientamento rivolto verso l’alto e verso il basso, come uova riposate in una scatola di uova. La disposizione dei diamanti è considerata un “Santo Graal” nella comunità della fotonica e potrebbe portare in molte direzioni scientifiche nuove e interessanti.

Un team di Stanford ha fatto notizia per aver utilizzato una tecnica di nanostampa 3D per produrre una delle forme più promettenti conosciute
Immagini confocali di tetraedri troncati che formano diversi grani quasi-diamanti (a sinistra). L’analisi dell’ordine dei legami mostra diversi grani di quasi diamante attraverso colori alternati (a destra). I tetraedri vicini che hanno colori alternati (cioè blu e rosso/marrone, o blu scuro e giallo) indicano che hanno lo stesso orientamento dei grani. Le barre della scala sono 20 um. (Credito immagine: David Doan e John Kulikowski)

Ancora più importante, tuttavia, se adeguatamente progettati, i futuri materiali costituiti da particelle stampate in 3D possono essere riorganizzati rapidamente, passando facilmente avanti e indietro tra le fasi con l’applicazione di un campo magnetico, corrente elettrica, calore o altro metodo di ingegneria.

Gu ha detto che può immaginare rivestimenti per pannelli solari che cambiano durante il giorno per massimizzare l’efficienza energetica, pellicole idrofobiche new age per ali e finestre di aeroplani che significano che non si appannano o non ghiacciano mai, o nuovi tipi di memoria per computer. La lista potrebbe continuare all’infinito.

“In questo momento, stiamo lavorando per rendere queste particelle magnetiche per controllare il loro comportamento”, ha detto Gu della sua ultima ricerca già in corso utilizzando nanoparticelle di tetraedro troncato di Archimede in nuovi modi. “Le possibilità stanno appena cominciando ad essere esplorate”.

Ulteriori coautori del lavoro sono gli studenti di dottorato David Doan e John Kulikowski. Gu è anche un membro della Stanford Bio-X.

Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation, una Stanford Graduate Fellowship. DD, JK, la Fondazione Hellman e la National Science Foundation. Parte di questo lavoro è stato eseguito presso la Stanford Nano Shared Facilities, supportata dalla National Science Foundation, e presso la Stanford Cell Sciences Imaging Facility.

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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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