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In un nuovo materiale super bianco il segreto del coleottero asiatico

Il nuovo materiale (di cui è fatta la stellina) a confronto con il coleottero asiatico.
Il nuovo materiale (di cui è fatta la stellina) a confronto con il coleottero asiatico.
E’ stato creato in laboratorio da un team di fisici delle Università di Firenze e Pechino. Possibili impieghi per nuovi materiali e vernici più efficienti e a minor impatto ambientale.

 

FIRENZE – Un bianco così bianco non si era mai visto. Cinque anni fa un piccolo insetto, un coleottero asiatico del genere Cyphochilus, un parente del nostro maggiolino, aveva stupito il mondo scientifico per il suo eccezionale candore. Una ricerca internazionale guidata dai ricercatori del Laboratorio Europeo di Spettroscopia non lineare dell’Università di Firenze aveva rivelato che il segreto sta nella particolare struttura che riveste l’insetto. Il suo corpo infatti è ricoperto da microscopiche scaglie di un bianco particolarmente intenso pur avendo uno spessore estremamente minore di quello di un foglio di carta. Ma rispetto a un semplice foglio di carta le scaglie sono organizzate internamente con una fitta rete di filamenti sottilissimi, centinaia di volte più sottili di un capello, che riescono a diffondere la luce in modo straordinario.

Dal 2014 a oggi molti gruppi di ricerca in tutto il mondo avevano tentato di ricreare il bianco del coleottero imitandone la struttura ma i risultati finora non erano stati entusiasmanti: materiali ottenuti usando tecniche complesse (come gas ad altissima pressione o trattamenti agli ultrasuoni) che, oltre a rendere più difficile la fabbricazione su larga scala, sono certamente lontane dai meccanismi naturali che guidano la crescita della struttura dell’insetto.

Adesso però è riuscito nell’impresa un team di fisici dell’Università di Firenze in collaborazione con l’Accademia delle Scienze di Pechino. Non solo la procedura per ottenere il materiale avviene in condizioni ambientali molto vicine a quelle esistenti in natura, ma il bianco che ne risulta è addirittura più bianco e lucente rispetto all’originale.

Come nel caso del rivestimento del coleottero, che è composto da un polimero chiamato chitina, anche per il nuovo materiale è stato scelto di usare un polimero – il polistirene – più comunemente detto polistirolo e conosciuto dai più nella sua forma espansa. La struttura messa a punto dai ricercatori è ottenuta a temperatura ambiente in un’atmosfera ricca di vapore acqueo con un processo noto come “separazione di fase”.

Per capire meglio – spiegano i componenti Unifi del team, Lorenzo Pattelli e Diederik Wiersmapuò essere utile pensare all’esempio di un semplice miscuglio fra acqua e olio.” I due liquidi non sono amalgamabili fra loro, tanto che subito dopo averli mescolati l’olio forma delle gocce isolate in sospensione nell’acqua che poi si riuniscono insieme, separando di nuovo completamente l’acqua e l’olio (separazione di fase).

Tra lo stato iniziale della miscela e quello finale completamente separato – continuano i ricercatori – esistono tutta una gamma di stati intermedi in cui le perline di olio cominciano a fondersi formando via via strutture sempre più estese. Seguendo questo esempio, potremmo dire che la miscela tra acqua e polistirene si comporta come quella tra olio e acqua: uno dei risultati della ricerca è stato riuscire a regolare le dosi dei due materiali e la velocità di evaporazione dell’acqua per far sì che il processo di separazione di fase si arresti a uno stato intermedio, dove la separazione non è ancora avvenuta completamente e le due fasi formano una struttura particolarmente interessante dal punto di vista ottico.”

Il risultato, una volta evaporata completamente l’acqua, è un’architettura di polistirene composta da una rete di microscopici filamenti e tunnel collegati fra loro: una struttura cosiddetta “bicontinua”, in cui sia i tunnel che i filamenti attraversano tutto il materiale intrecciandosi, ma senza interruzioni.

Questo tipo di struttura – commentano Pattelli e Wiersma – è particolarmente interessante anche perché oggi, a livello industriale, il colore bianco viene ottenuto con l’aggiunta di nanoparticelle che, se inalate, sono potenzialmente dannose per la salute, mentre nel nostro caso abbiamo una struttura unitaria composta da parti non separabili. Queste caratteristiche fanno ipotizzare per il polistirene super bianco una molteplicità di impieghi: da vernici più ecologiche a tessuti termoregolanti, da pannelli solari più efficienti a schermi ultrasottili e flessibili“.

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