Che cosa è stato realizzato
Un gruppo della Donghua University (Shanghai) ha 3D-stampato aerogel trasparenti di polimetilsilsesquiossano (PMSQ) con conduttività termica di 16,2 mW·m⁻¹·K⁻¹—inferiore all’aria ferma—e trasmittanza fino al 97% nel visibile-NIR. Il lavoro, pubblicato il 2 settembre 2025 su Nature Communications, descrive una strategia di Direct Ink Writing (DIW) basata su un controllo chimico fine del sol-gel che rende stampabili inchiostri “puri” (senza residui organici) e stabili.
La chimica dell’‘attivazione–ritardo’
Il precursore MTMS viene idrolizzato in ambiente acido (acido acetico), mentre urea—decomponendosi termicamente—innesca la condensazione basica che “attiva” l’addensamento della rete PMSQ; una successiva re-acidificazione “ritarda” la condensazione riportando la viscosità nella finestra utile alla stampa. Un tensioattivo (CTAC) sopprime la separazione di fase e stabilizza l’inchiostro. Dopo la stampa, i pezzi vengono fatti invecchiare a 60 °C e asciugati supercriticamente in CO₂.
Microstruttura e proprietà misurate
Le strutture stampate mostrano nanoparticelle PMSQ ~5 nm organizzate in una rete con pore size medio ~23 nm, superficie specifica 778 m²/g, densità 0,08 g/cm³ e risoluzione di stampa ~160 µm. L’aerogel è super-idrofo bico (angolo di contatto 151°), mantiene la trasparenza anche nel NIR e risulta termicamente stabile sotto i 350 °C; l’opacità nell’IR medio (8–14 µm) abbatte il contributo radiativo alla conduzione. Perché è trasparente e ‘più isolante dell’aria’
La dimensione dei pori << lunghezza d’onda della luce visibile limita la diffusione (Rayleigh-Gans), mentre la rete a bassa densità riduce il cammino conduttivo solido e la porosità sopprime la convezione del gas intrappolato: da qui l’eccezionale combinazione di trasparenza + isolamento misurata a 16,2 mW·m⁻¹·K⁻¹ su campioni spessi 1,7 mm con 95–98% di trasmittanza.
Dimostrazioni applicative
Il team ha stampato lucernari piramidali che lasciano passare la luce ma limitano l’ingresso di calore, schermature per lampade che mantengono la fotosintesi riducendo l’apporto termico, e caps di aerogel per condensatori che stabilizzano la temperatura del componente (circa 48 °C con PMSQ vs 80 °C senza).
Confronto con lo stato dell’arte
Approcci precedenti alla stampa di aerogel si basavano su sol modificati con polimeri o impasti di polveri di aerogel attivati con ammoniaca: soluzioni che lasciavano residui, degrado delle proprietà o opacità. La via PMSQ “puro” con controllo attivazione–ritardo supera questi limiti; al contempo, studi paralleli hanno mostrato PMSQ trasparenti flessibili o trasparenti via asciugatura a pressione ambiente (APD), ma senza la stessa stampabilità 3D e combinazione di trasmittanza/λ.
Implicazioni d’uso
Finestre e skylight ad alta efficienza, collettori solari a bassa perdita ottica, incapsulamento termico di componenti elettronici e illuminazione agricola: l’aerogel trasparente stampabile abilita geometrie su misura e inserti locali, con prospettive di stampaggio in stampo sfruttando la stessa cinetica controllata del sol-gel.
Chi c’è dietro
La ricerca è firmata da Donghua University (State Key Laboratory of Advanced Fiber Materials) con autori tra cui Mengyue Gao, Yanhua Cheng, Meifang Zhu; l’articolo è uscito su Nature Communications con art. n. 8212, vol. 16 (2025). Comunicati e rassegne in Cina ribadiscono dati e applicazioni chiave. Fonte: Nature Communications; Polymer.cn (rassegna).
