Un team di ricercatori del Caltech ha sviluppato una tecnica di produzione innovativa che consente la stampa 3D di oggetti mille volte più piccoli di quanto fosse possibile in precedenza. Utilizzando questa tecnica, il team è riuscito a stampare oggetti metallici con una dimensione di 150 nanometri, paragonabile alla dimensione di un virus dell’influenza. Sebbene la disposizione atomica all’interno di questi oggetti sia disordinata, rendendoli deboli su scala più ampia, a livello nanometrico diventano tre o cinque volte più forti rispetto a strutture simili di dimensioni più ordinate.

Questa inaspettata resistenza è dovuta alla presenza di difetti e irregolarità nella struttura atomica, che impediscono la propagazione di difetti nel materiale. Il team di ricerca ritiene che questa sia una delle prime dimostrazioni di stampa 3D di strutture metalliche su scala nanometrica, aprendo possibilità per la creazione di componenti utili come catalizzatori, elettrodi di stoccaggio, sensori, microrobot e scambiatori di calore.

La tecnica di produzione inizia con un idrogel fotosensibile che si indurisce selettivamente con un laser per costruire un andamento in 3D nella forma degli oggetti metallici desiderati. Successivamente, le parti dell’idrogel vengono impregnate con una soluzione acquosa contenente ioni di nichel. In seguito, l’idrogel viene bruciato, lasciando solo parti composte interamente da ioni metallici ossidati. Nell’ultimo passaggio, gli atomi di ossigeno vengono eliminati chimicamente, convertendo l’ossido metallico nuovamente nella sua forma metallica.

Questo processo produce una microstruttura disordinata con difetti e irregolarità nella disposizione atomica, che tipicamente vengono considerate come fattori di indebolimento dei materiali. Tuttavia, nel caso degli oggetti metallici su scala nanometrica, questi difetti rinforzano il materiale. La propagazione dei difetti non può avvenire facilmente da un limite di grano all’altro e la deformazione si distribuisce in modo più uniforme in tutto il materiale.

Questa sorprendente scoperta apre nuove possibilità per la ricerca in ingegneria e scienza dei materiali, consentendo la stampa 3D di strutture metalliche su scala nanometrica.

Fonte: Ricerca Caltech.

Definizioni:
– Nanometro: Un’unità di misura utilizzata per descrivere distanze su scala nanometrica. Un nanometro corrisponde a una miliardesima parte di un metro.
– Idrogel: Un materiale polimerico composto principalmente da acqua che può trattenere grandi quantità di liquido.