Cristalli capaci di cambiare la loro forma

Concepiti cristalli che cambiano forma con lo scopo di consentire il trasferimento di energia dall'evaporazione al movimento meccanico.

Immagina di sfruttare l'evaporazione come fonte di energia o di sviluppare attuatori e muscoli artificiali di prossima generazione per un'ampia gamma di applicazioni. Queste sono le nuove possibilità con la creazione da parte di un team internazionale di ricercatori, guidato da Xi Chen (1) del City College di New York e dai suoi coautori presso il CUNY Advanced Science Research Center, di cristalli che cambiano forma per consentire il trasferimento di energia dall'evaporazione al movimento meccanico. Lo studio appare sulla rivista Nature Materials. (2)

Diversamente dai cristalli tradizionali che sono solitamente rigidi e fragili, i nuovi cristalli hanno la capacità di cambiare la loro forma, abilitata dalle loro architetture molecolari. I cristalli sono costituiti da un modello di piccoli pori intervallato da domini flessibili di collegamento che si ripetono in tutta la struttura cristallina. I pori che attraversano i cristalli si legano fortemente alle molecole d'acqua.

«Quando l'evaporazione fa sì che l'acqua venga rimossa dai pori, ciò si traduce in una forte deformazione dell'intero cristallo attraverso una connessione simile a una rete. Il cambiamento di forma risultante viene invertito quando il vapore acqueo viene reintrodotto», ha detto il dottor Chen, l'autore corrispondente della ricerca e assistente professore alla chemical engineering (3) e alla CCNY's Grove School of Engineering. (4) «I nostri cristalli peptidici consentono l'osservazione diretta delle interazioni acqua-materiale a livello molecolare utilizzando metodi cristallografici, spettroscopici e computazionali esistenti. I meccanismi di attuazione rivelati sono applicabili più in generale per i materiali o strutture che sfruttano in modo efficiente l'evaporazione».

I materiali che guidano questi movimenti sono noti come materiali sensibili all'acqua o sensibili all'umidità. Questi materiali, che si gonfiano e si contraggono in risposta ai cambiamenti di umidità, possono convertire direttamente ed efficacemente l'energia dell'evaporazione in movimenti meccanici.

Questo nuovo campo apre possibilità per l'accesso all'evaporazione dell'acqua non sfruttata come fonte di energia, nonché per lo sviluppo di attuatori e muscoli artificiali migliori per i moderni sistemi di ingegneria.

La ricerca è stata co-guidata da Rein V. Ulijn dell'Hunter College e dall'Advanced Science Research Center presso il Graduate Center, CUNY; Tell Tuttle dell'Università di Strathclyde, in Scozia. Sono stati coinvolti nella ricerca anche ricercatori del CUNY, dell'Università di Strathclyde e della New York University.

Il supporto è stato fornito dall'Office of Naval Research attraverso il programma Biomaterials and Bionanotechnology, l'Air Force Office of Scientific Research, la National Science Foundation e il United Kingdom's Engineering and Physical Sciences Research Council.

Riferimenti:

(1) Xi Chen

(2) Mechanistic insights of evaporation-induced actuation in supramolecular crystals

(3) chemical engineering

(4) CCNY's Grove School of Engineering

Descrizione foto: Un cristallo tripeptidico con pori acquosi può deformarsi in modo reversibile in risposta ai cambiamenti di umidità. - Credit: Image courtesy: Tong Wang.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: CCNY engineer Xi Chen & partners create new shape-changing crystals