Un nuovo materiale termoregolante e riciclabile ispirato alla pelle di calamaro (VIDEO)

Sviluppato un metodo per la produzione economica in serie di un materiale isolante con molte applicazioni pratiche

[7 Aprile 2022]

Lo studio “Scalable manufacturing of sustainable packaging materials with tunable thermoregulability”, pubblicato su Nature Sustainability  da un team di ricercatori dell’università della California – Irvine (UCI) presenta un film polimerico metallizzato che riflette gli infrarossi sviluppato nel laboratorio di  Alon Gorodetsky, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare dell’UCI.  Un materiale composito che «Regola il calore per mezzo di strutture metalliche riconfigurabili che possono separarsi in modo reversibile l’una dall’altra e tornare insieme a diversi livelli di deformazione».

Gorodetsky spiega che «Le isole metalliche nel nostro materiale composito sono una accanto all’altra quando il materiale si rilassa e si separano quando il materiale viene allungato, consentendo il controllo della riflessione e della trasmissione della luce infrarossa o della dissipazione del calore. Il meccanismo è analogo all’espansione e alla contrazione del cromatoforo nella pelle di un calamaro, che altera il riflesso e la trasmissione della luce visibile».

Le modifiche alle dimensioni del cromatoforo aiutano i calamari a comunicare e mimetizzare i loro corpi per eludere i predatori e nascondersi dalle prede e Gorodetsky spiega che mitando questo approccio, il suo team ha  realizzato «La “termoregolazione sintonizzabile” nel nostro materiale, che può portare a una migliore efficienza energetica e proteggere le dita sensibili dalle superfici calde».

Una svolta fondamentale per il progetto è stata lo sviluppo da parte dei ricercatori dell’UCI di un metodo di produzione economicamente vantaggioso di questo materiale composito in quantità rilevanti per poterlo commercializzare. Secondo lo studio, «Le materie prime di rame e gomma partono da circa un centesimo per metro quadrato con i costi ulteriormente ridotti dalle economie di scala». La tecnica di fabbricazione del team prevede il deposito di una pellicola di rame su un substrato riutilizzabile come un foglio di alluminio e quindi la spruzzatura di più strati polimerici sulla pellicola di rame, un procedimento attuabile sia su superfici piccole che più grandi.

Gorodetsky sottolinea che «La strategia di produzione combinata che ora abbiamo perfezionato nel nostro laboratorio è un vero punto di svolta. Lavoriamo da anni con materiali e sistemi adattivi ispirati ai cefalopodi, ma in precedenza siamo stati in grado di produrli solo su aree relativamente piccole. Ora c’è finalmente un percorso per fare questa roba roll-by-roll in una fabbrica».

I ricercatori californiani sono convinti che la strategia sviluppata e le economie di scala dovrebbero consentire l’utilizzo del materiale composito in un’ampia gamma di applicazioni, dalle tazze di caffè alle tende o per qualsiasi contenitore per il quale si desideri una regolazione della temperatura regolabile.

Inoltre, il principale autore dello studio, Mohsin Badshah, ex borsista post-dottorato dell’UCI in ingegneria chimica e biomolecolare, è concvinto che l’invenzione avrà benefici anche per l’ambiente: >Il materiale composito può essere riciclato facilmente, rimuovendo il rame con aceto e utilizzando metodi commerciali consolidati per riutilizzare il polimero estensibile rimanente».

Il team ha condotto test sulle tazze di caffè usa e getta utilizzate in tutto il mondo, dimostrando che il materiale ispirato alla pelle del calamaro  può controllare il raffreddamento del caffè. I ricercatori sono stati in grado di prevedere in modo accurato e teorico e quindi confermare sperimentalmente le variazioni di temperatura per le tazze piene di bevande e anche di «Ottenere una modulazione di 20 volte della trasmittanza della radiazione infrarossa e una regolazione di 30 volte dei flussi termici in condizioni di test standardizzate. Il materiale stabile ha funzionato bene anche per alti livelli di deformazione meccanica e dopo ripetuti cicli meccanici».

Gorodetsky conclude: «Ci sono una vasta gamma di applicazioni per questo materiale. Pensate a tutti i beni deperibili che sono stati consegnati nelle case delle persone durante la pandemia. Qualsiasi pacco inviato da Amazon o da un’altra azienda che deve essere mantenuto a una certa temperatura può utilizzare un rivestimento realizzato con il nostro materiale composito adattivo ispirato ai calamari. Ora che possiamo farne grandi fogli in una sola volta, abbiamo qualcosa che può avvantaggiare molti aspetti della nostra vita».