Materiale elastico impermeabile sia ai gas che ai liquidi

Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato una tecnica che utilizza il metallo liquido per creare un materiale elastico impermeabile sia ai gas che ai liquidi

Le applicazioni per il materiale includono l'uso come imballaggio per tecnologie di alto valore che richiedono protezione dai gas, come le batterie flessibili.

«Questo è un passo importante perché c'è stato a lungo un compromesso tra l'elasticità e l'impermeabilità ai gas. Fondamentalmente, le cose che riuscivano a tenere fuori i gas tendevano ad essere dure e rigide. E le cose che offrivano elasticità permettevano ai gas di filtrare. Abbiamo escogitato qualcosa che offre l'elasticità desiderata mantenendo fuori i gas», ha affermato il dottor Michael Dickey (1), co-autore corrispondente di un articolo sul lavoro e professore di ingegneria chimica e biomolecolare di Camille & Henry Dreyfus, alla North Carolina State University.

La nuova tecnica, descritta su Science (2), fa uso di una lega eutettica di gallio e indio (gallium and indium - EGaIn). Eutettico significa che la lega ha un punto di fusione inferiore rispetto alle sue parti costituenti. In questo caso, l'EGaIn è liquido a temperatura ambiente. I ricercatori hanno creato un film sottile di EGaIn e lo hanno racchiuso in un polimero elastico. La superficie interna del polimero è stata tempestata di microsfere di vetro, che hanno impedito il raggruppamento del film liquido di EGaIn. Il risultato finale è essenzialmente una borsa elastica o una guaina rivestita di metallo liquido, che non consente l'ingresso o l'uscita di gas o liquidi.

I ricercatori hanno testato l'efficacia del nuovo materiale valutando la misura in cui consentiva l'evaporazione del contenuto liquido, nonché la misura in cui consentiva all'ossigeno di fuoriuscire da un contenitore sigillato realizzato con il materiale.

«Abbiamo scoperto che non vi era alcuna perdita misurabile di liquido o ossigeno per il nuovo materiale», affermano il dottor Tao Deng (3), co-autore corrispondente e il dottor ZHANG Zhi-yuan (4), Professore di cattedra presso la Shanghai Jiao Tong University.

I ricercatori sono anche consapevoli dei costi associati alla produzione del nuovo materiale.

«Gli stessi metalli liquidi sono piuttosto costosi», afferma Deng. «Tuttavia, siamo fiduciosi di poter ottimizzare la tecnica, ad esempio rendendo il film EGaIn più sottile, al fine di ridurre i costi. Al momento, un singolo pacchetto costerebbe pochi dollari, ma non abbiamo tentato di ottimizzare i costi, quindi c'è un percorso da seguire per ridurre i costi».

I ricercatori stanno attualmente esplorando le opzioni di test per determinare se il materiale sia effettivamente una barriera ancora più efficace di quanto siano stati in grado di dimostrare finora.

«Fondamentalmente, abbiamo raggiunto il limite delle apparecchiature di prova che avevamo a disposizione. Stiamo anche cercando partner del settore per esplorare potenziali applicazioni per questo lavoro. Le batterie flessibili per l'uso con l'elettronica morbida sono un'applicazione ovvia, ma altri dispositivi che utilizzano liquidi o sono sensibili all'ossigeno beneficeranno di questa tecnologia», conclude Michael Dickey.

L'articolo “Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems” è stato redatto con la collaborazione: co-primi autori dell'articolo sono Qingchen Shen, un ex studioso in visita presso la NC State che si trova alla Shanghai Jiao Tong University; Man Hou Vong, un dottorato di ricerca, studente presso NC State; Modi Jiang, Ruitong Wang e Kexian Song dell'Università Jiao Tong di Shanghai. Gli autori corrispondenti dell'articolo sono Dickey, Deng, Wen Shang dell'Università Jiao Tong di Shanghai; Jun Wang di A123 Systems. I coautori includono Febby Krisnadi, un dottorato di ricerca, studente presso NC State; Woojing Jung, ex studioso in visita presso NC State; Ruyu Kan, Feiyu Zheng, Benwei Fu, Peng Tao, Chengyi Song e Guoming Weng della Shanghai Jiao Tong University; Bo Peng dei sistemi A123.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation, nell'ambito delle sovvenzioni EEC-1160483 e CMMI-2032415; la National Natural Science Foundation of China, con sovvenzioni 51873105 e 51973109; l'Innovation Program della Shanghai Municipal Education Commission, nell'ambito della sovvenzione 2019-01-07-00-02-E00069; il fondo Zhi-Yuan Endowed della Shanghai Jiao Tong University; e borse di studio all'estero della Shanghai Jiao Tong University.

Riferimenti:

(1) Michael Dickey

(2) Liquid metal-based soft, hermetic, and wireless-communicable seals for stretchable systems

(3) Tao Deng

(4) ZHANG Zhi-yuan

Descrizione foto: Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato una tecnica che utilizza il metallo liquido per creare un materiale elastico impermeabile sia ai gas che ai liquidi. Le applicazioni per il materiale includono l'uso come imballaggio per tecnologie di alto valore che richiedono protezione dai gas, come le batterie flessibili. - Credit: Michael Dickey, NC State University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Researchers Develop Elastic Material That Is Impervious to Gases and Liquids