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

Questa sconcertante resistenza è dovuta alla presenza di difetti ed irregolarità nella struttura atomica, che impediscono la propagazione delle imperfezioni 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 immagazzinamento, sensori, microrobot ed scambiatori di calore.

La tecnica di produzione inizia con un idrogel fotosensibile che viene indurito selettivamente da un laser per costruire un’impalcatura tridimensionale nella forma degli oggetti metallici desiderati. Successivamente, le parti di idrogel vengono impregnate con una soluzione acquosa contenente ioni di nichel. Successivamente, l’idrogel viene bruciato, lasciando solo parti composte interamente da ioni metallici ossidati. Nell’ultimo passaggio, gli atomi di ossigeno vengono rimossi chimicamente, convertendo l’ossido metallico di nuovo nella sua forma metallica.

Questo processo produce una microstruttura disordinata con difetti ed irregolarità nella disposizione atomica, che solitamente vengono considerati indebolenti per i materiali. Tuttavia, nel caso degli oggetti metallici su scala nanometrica, questi difetti rafforzano il materiale. La propagazione delle imperfezioni non può avvenire facilmente da un limite di grano all’altro e la deformazione si distribuisce in modo più uniforme in tutto il materiale.

Questo sorprendente risultato apre nuove possibilità per la ricerca nell’ingegneria e nella 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 equivale a una miliardesima parte di un metro.
– Idrogel: Un materiale polimerico composto principalmente da acqua che può trattenere grandi quantità di liquido.