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Una nuova nanotecnologia per le fibre illumina l’industria europea

Un nuovo metodo economicamente vantaggioso di fabbricare fibre a emissione di luce di alta qualità potrebbe giovare a molti settori, dai sensori ai dispositivi intelligenti indossabili.
Una nuova nanotecnologia per le fibre illumina l’industria europea
Ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre fibre composte da materiali organici nanostrutturati. Questa svolta potrebbe portare alla fabbricazione economicamente vantaggiosa di fibre a emissione di luce su scala nanometrica, le quali possono essere usate in sensori e biosensori, per la raccolta di energia (ovvero per i pannelli solari) e persino nei capi di abbigliamento “intelligenti” che sono in grado di reagire all’ambiente.

Altre possibili applicazioni includono i dispositivi intelligenti indossabili, la diagnostica sul posto per i professionisti in campo medico e applicazioni di automazione domestica per sistemi di illuminazione e audio.

Le strutture su scala nanoscopica hanno solitamente dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri, con un nanometro che è la miliardesima parte di un metro, e possono avere delle proprietà che offrono ai produttori robustezza, flessibilità e/o conduttività elettrica incredibili. Tuttavia, anche se in anni in recenti sono stati compiuti dei notevoli passi in avanti nella nanotecnologia, la nanofabbricazione di fibre a emissione di luce si è rivelata difficile da ottimizzare.

Uno dei motivi di questa difficoltà è che nel processo di fabbricazione ci sono moltissime variabili che devono essere controllate, e questo fa lievitare i costi e riduce le efficienze produttive. Ad esempio, la presenza di ossigeno e umidità nell’ambiente di lavorazione può influire gravemente sulle proprietà ottiche di alcuni composti, e può avere perciò un impatto sull’efficacia delle nanostrutture realizzate con essi.

Nuova tecnica di fabbricazione

Allo scopo di affrontare questo problema, il progetto NANO-JETS della durata di cinque anni, che è iniziato nel 2013, ha ideato una nuova tecnica di fabbricazione chiamata filatura elettrostatica, o “elettrofilatura”. In questa tecnica, dei campi elettrici sono applicati per produrre filamenti polimerici che possono essere integrati in varie piattaforme del dispositivo.

La prima fase del processo prevede di inserire una soluzione polimerica in una siringa, e di spingerla quindi verso la punta di un ago metallico mediante un sistema di pompaggio esterno. Il pompaggio è solitamente applicato mediante pistoni meccanici, e genera un flusso della soluzione nella siringa. Allo scopo di ottenere una quantità sufficiente di accoppiamenti tra le macromolecole nella soluzione è necessaria una concentrazione elevata di solvente per il polimero.

Una tensione elettrica viene quindi applicata tra la punta e un collettore posto di fronte ad essa. La tensione applicata viene gradualmente aumentata, sottoponendo a elongazione la gocciolina fino a farle formare un apice e infine un getto. La velocità del getto può raggiungere valori pari ad alcuni metri al secondo. Il solvente evapora velocemente dal getto, e delle nanofibre solide si depositano infine sul collettore. Un vantaggio chiave per gli utenti finali è rappresentato dal fatto che queste fibre raccolte sono generalmente flessibili e sono in grado di adattarsi a superfici di tutte le forme.

Nei test iniziali, il team del progetto ha usato un’atmosfera controllata di azoto con un contenuto di ossigeno al di sotto di due parti per milione. Questo ha migliorato le proprietà ottiche delle fibre raccolte. Si è inoltre scoperto che dei bassi livelli di umidità nell’ambiente portano a una ridotta rugosità della superficie delle singole fibre a emissione di luce. Tutto questo contribuirà allo sviluppo di pratiche di fabbricazione più efficienti.

Passi successivi

Il progetto NANO-JETS dovrebbe concludersi a febbraio del 2018. Il team studierà adesso dei modi per ampliare la varietà dei materiali lavorati allo scopo di ottenere nuove classi di fibre a emissione di luce, ed esaminerà le proprietà relative al trasporto della luce di campioni fatti con filamenti multipli.

Per ulteriori informazioni, visitare:
Sito web del progetto NANO-JETS

Fonte: Sulla base di informazioni diffuse dal progetto.

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