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Bio-inspired structural materials

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Nuovo materiale ceramico

I ricercatori UE hanno sviluppato una nuova famiglia di materiali strutturali ibridi ad alte prestazioni e leggeri. I nuovi materiali saranno utilizzati in settori diversi, come per esempio energia, trasporti e assistenza sanitaria.

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Il progetto BISM (Bio-inspired structural materials) congela sospensioni ceramiche utilizzando una tecnica conosciuta come “freeze casting” (o “ice templating”) per creare resistenti materiali ceramici con durezza eccezionale ottenuti da polimeri. Questi scaffold porosi sono stati riempiti con metalli o polimeri per creare materiali compositi simili a madreperla. La madreperla è un composto naturale che presenta una tenacità alla frattura di diversi ordini di magnitudo, maggiore rispetto a quella dei propri elementi costitutivi. I ricercatori hanno usato il processo di “freeze casting” per creare reti cellulari altamente porose composte da grafene. Questo processo ha permesso agli scienziati di manipolare la densità, le dimensioni della cella e la relativa forma della struttura, influenzando così superficie, elasticità, tensione specifica, coefficiente di perdita di energia e conducibilità della cella stessa. Sono state esplorate nuove applicazioni, come lo smorzamento dell’energia, supercondensatori tolleranti alla compressione o catalizzatori, e tutte le applicazioni in cui sono richiesti separazione, assorbimento o filtrazione. L’approccio del modello è stato esteso ai modelli morbidi, nello specifico le emulsioni, per creare strutture complesse. Come risultato sono state ottenute particelle ceramiche reattive in grado di disperdersi o riunirsi in un’emulsione come risposta a uno stimolo esterno. Questa tecnica può essere usata per costruire scaffold ceramici estremamente robusti e rigidi, ma altamente porosi, che possono essere manipolati per controllare le dimensioni dei pori. I risultati del progetto hanno aperto la strada per la costruzione su larga scala di strutture e materiali compositi porosi complessi e leggeri. La combinazione tra scelta dei materiali e controllo strutturale ha portato a proprietà uniche e ha creato nuove opportunità su una vasta gamma di applicazioni. Queste applicazioni includono filtri, scaffold o rivestimenti ceramici per l’ingegneria tissutale e rivestimenti ceramici con barriera termica o membrane di controllo della temperatura. Il progetto BISM ha fornito nuovi dati sul comportamento di sospensioni colloidali ed emulsioni, sulla crescita delle fibre di carbonio e sui parametri che controllano la risposta meccanica di strutture complesse. I risultati del progetto saranno quindi di grande interesse per chi opera nel campo delle scienze dei materiali, della chimica e della biologia. Verrà dedicata particolare attenzione ai materiali ceramici simili alla struttura ossea che sono stati creati per l’utilizzo negli impianti ortopedici. Gli ibridi metallo-ceramica sono stati sviluppati per l’utilizzo a temperature molto elevate in condizioni estreme.

Parole chiave

Materiali ceramici, materiali strutturali, congelamento colata, scaffold porosi, sospensioni colloidali, emulsioni

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