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Materiali adattivi: una breve panoramica su auto-riparazione, memoria di forma e stampa 4D
Nel vasto universo dei cosiddetti materiali “smart”, ovvero quei materiali capaci di reagire a stimoli esterni producendo una risposta, sta emergendo un’area che raccoglie diverse tecnologie che consentono ai materiali di autoripararsi, recuperare la propria forma oppure riorganizzarsi in una particolare struttura in uno specifico momento.
Queste funzionalità utili trovano applicazione in settori industriali come l’edilizia, il settore delle vernici e dei rivestimenti, nell’ambito biomedicale, nell’arredamento e persino nel fashion design.
Esempi di materiali auto-riparanti nell’edilizia sono i cosiddetti calcestruzzi autoriparanti: si tratta di miscele cementizie che incorporano leggere microcapsule riempite con agenti riparanti. Quando si formano delle crepe, le pareti esterne di queste microcapsule cedono grazie alle sollecitazioni locali, rilasciando gli agenti al loro interno che reagiscono con umidità e aria formando delle sigillature resistenti e impermeabili. Le più recenti soluzioni in quest’ambito riguardano lo sviluppo di materiali cementizi che impiegano agenti rigeneranti di origine biologica, ingegnerizzati sulla base attività microbiche specifiche, in grado di precipitare naturalmente carbonato di calcio per colmare crepe e piccoli danni.
Video courtesy of Koya Narumi – Self-healing UI
Anche l’industria dell’arredamento sta esplorando i materiali autoriparanti, in particolare per quanto riguarda i rivestimenti e le finiture. Sono già noti ed in commercio rivestimenti per superfici verticali e orizzontali in grado di riparare graffi e difetti superficiali, preservando l’estetica e la funzionalità del pezzo d’arredo. Nella maggior parte dei casi, queste finiture utilizzano elastomeri termoplastici capaci di scorrere e colmare le imperfezioni superficiali se esposti ad una fonte di calore.
I polimeri a memoria di forma (SMPs) costituiscono una classe di materiali in grado di ri-arrangiarsi in una forma predeterminata se esposti a specifici stimoli come calore o fonti di luce. Possono inoltre essere impiegati in diverse applicazioni, tra cui nei dispositivi medici che necessitano di adattarsi a condizioni fisiologiche come variazioni di pH o temperatura, o persino nella moda, dove vengono utilizzati per progettare capi in grado di adattarsi a delle forme specifiche.
La stampa 4D è una tecnologia innovativa che impiega materiali autoriparanti o a memoria di forma per aggiungere una sorta di controllo sulla quarta dimensione, ovvero il tempo. Questo metodo permette di integrare il fattore temporale nei processi consolidati di stampa 3D, conferendo capacità di auto-assemblaggio ai materiali stampati da applicare in progetti particolari, sia nel caso di prodotti decorativi, sia nel caso di dispositivi funzionali, e perfino nel contesto emergente dei tessuti “programmabili”.
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