Il laboratorio Cellulose & Wood Materials di Empa ha realizzato un importante avanzamento nel campo della stampa 3D con l’introduzione di un nuovo materiale biodegradabile che cambia colore. Questo materiale innovativo è basato sulla cellulosa e presenta una serie di proprietà uniche, tra cui la capacità di essere stampato in 3D, il cambiamento di colore, la conducibilità elettrica e la biodegradabilità. Ciò rappresenta un importante passo avanti nel settore, aprendo nuove prospettive e possibilità di utilizzo.
Il team di scienziati di Empa ha sviluppato il materiale partendo dall’idrossipropilcellulosa (HPC), una sostanza ampiamente utilizzata in diverse industrie, tra cui quella farmaceutica, cosmetica e alimentare. L’HPC è noto per la sua capacità di formare cristalli liquidi quando viene combinato con l’acqua. Ciò che rende questo materiale così interessante è la sua straordinaria capacità di cambiare colore, nonostante non vengano aggiunti pigmenti o coloranti.
Questo fenomeno è noto come colorazione strutturale ed è presente anche in natura. Ad esempio, le piume dei pavoni, le ali delle farfalle e la pelle dei camaleonti non devono il loro colore ai pigmenti, ma a strutture microscopiche che interagiscono con la luce del sole, riflettendo solo determinate lunghezze d’onda e creando colori spettacolari.
I ricercatori di Empa hanno sfruttato la colorazione strutturale dell’HPC, che varia in base alla temperatura e alla concentrazione del materiale. Per ottimizzare questa caratteristica, hanno introdotto nanotubi di carbonio nella miscela di HPC e acqua. Questo ha reso il materiale conduttivo elettricamente, permettendo di controllare la temperatura e, di conseguenza, il colore dei cristalli liquidi applicando una tensione. Inoltre, l’aggiunta dei nanotubi di carbonio ha intensificato i colori, agendo come assorbitore a banda larga. I ricercatori sono riusciti anche a rendere il materiale stampabile in 3D aggiungendo una piccola quantità di nanofibre di cellulosa, senza alterarne le proprietà di colorazione strutturale o conduttività elettrica.
L’uso di questa nuova miscela di cellulosa ha consentito ai ricercatori di Empa di realizzare la stampa 3D di diverse applicazioni promettenti. Tra queste, spiccano un sensore di deformazione che cambia colore in risposta a sollecitazioni meccaniche e un semplice display a sette segmenti. Questi risultati dimostrano il potenziale del materiale e aprono la strada a future applicazioni, come sensori di temperatura e deformazione, controllo della qualità degli alimenti e diagnostica biomedica.
I materiali sostenibili che possono essere stampati in 3D stanno guadagnando sempre più interesse, soprattutto nel contesto dell’elettronica biodegradabile e dell’Internet delle cose. Tuttavia, nonostante i progressi finora compiuti, rimangano ancora molte domande aperte riguardo alla generazione della colorazione strutturale e al modo in cui essa si comporta in presenza di diversi additivi e in diverse condizioni ambientali.
Gustav Nyström, uno dei principali ricercatori coinvolti nello studio, ha sottolineato l’importanza di continuare la ricerca per esplorare ulteriori fenomeni interessanti e le potenziali applicazioni di questo innovativo materiale. Il suo obiettivo è approfondire la comprensione della colorazione strutturale e studiare come essa possa essere influenzata e ottimizzata attraverso l’utilizzo di diversi materiali aggiuntivi.
Il materiale a base di cellulosa sviluppato da Empa potrebbe aprire la strada a nuove opportunità in vari settori. Ad esempio, l’inchiostro a base di cellulosa potrebbe essere utilizzato per la stampa di sensori di temperatura e deformazione, che consentirebbero di monitorare in tempo reale le variazioni di temperatura e le sollecitazioni meccaniche. Ciò potrebbe avere importanti applicazioni nell’ambito della sicurezza e della qualità dei prodotti alimentari, consentendo di rilevare eventuali alterazioni o deterioramenti. Inoltre, il materiale potrebbe essere impiegato nel campo della diagnostica biomedica, offrendo nuove soluzioni per la creazione di dispositivi medici biodegradabili e a basso impatto ambientale.
L’interesse per i materiali sostenibili e la stampa 3D è in costante crescita, e il nuovo materiale a base di cellulosa sviluppato da Empa si posiziona in modo eccellente in questa direzione. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche e sviluppi per massimizzare il potenziale di questa tecnologia emergente. La continua collaborazione tra scienziati, ingegneri e industrie è fondamentale per superare le sfide attuali e sviluppare nuove applicazioni e soluzioni innovative.
In definitiva, il nuovo materiale biodegradabile sviluppato da Empa rappresenta un importante passo avanti nell’ambito della stampa 3D. Le sue proprietà uniche, come il cambiamento di colore, la conducibilità elettrica e la biodegradabilità, offrono molteplici possibilità di utilizzo in diversi settori. La ricerca e lo sviluppo continueranno a esplorare le potenzialità di questo materiale, aprendo la strada a nuove scoperte e applicazioni che potranno contribuire a un futuro più sostenibile.
