È possibile creare un materiale bivalente, resistente e lieve allo stesso tempo? Alcuni ricercatori americani sono riusciti a progettare e sviluppare un nuovo materiale resistente come l’acciaio e leggero come la schiuma. Come? Sfruttando le incredibili proprietà degli elastomeri a cristalli liquidi (ECL, o all’inglese LCE).
Lo studio si basa sulla ricerca di un nuovo materiale in grado sia di assorbire l’energia (cioè di ammortizzare) che di resistere agli urti più violenti (come uno scudo di protezione). In genere, l’assorbimento di energia, in meccanica, è garantito da quei dispositivi che servono a isolare un corpo dalle vibrazioni, come ad esempio le attrezzature elastiche usate nello sport e nei supporti plastici per le vetture.
La protezione, invece, sfrutta materiali pesanti, resistenti agli urti, come nel caso dei caschi e delle armature. Ed ecco la novità: gli elastomeri a cristalli liquidi (LCE) potrebbero garantire questa doppia funzione.
LCE: il materiale bivalente, leggero e resistente
I ricercatori della Johns Hopkins University hanno dunque sintetizzato un materiale composito a base di elastomeri, un prodotto ammortizzante, leggerissimo ma in grado di garantire la resistenza del metallo. Va da sé che questo tipo di materiale potrebbe essere sfruttato in numerose applicazioni… Per esempio ci si potrebbero creare caschi, carrozzerie e tanto altro. Alla base di questa nuova invenzione ci sono gli elastomeri a cristalli liquidi (LCE). Che cosa sono?
Detta in parole povere, gli ECL o LCE, che dir si voglia, sono reti di polimeri elastici in fase liquida cristallina che riescono a garantire grande stabilità ed elasticità. La loro proprietà fondamentale è l’anisotropia (che è l’opposto dell’isotropia), cioè rivelano caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale vengono considerate. Gli elastomeri, infatti, sono quei polimeri allo stato gommoso in cui sono presenti legami, deboli o forti, che ne rafforzano la struttura e ne esaltano le prestazioni meccaniche. Fino a oggi abbiamo usato gli LCE per realizzare gli attuatori, i muscoli artificiali dei robot e in industria elettronica. Ma la nuova ricerca ha compreso che gli LCE possono garantire anche alti standard di assorbimento dell’energia. Tutto sta nel modificarne leggermente la struttura.
Il nuovo materiale stratificato
I ricercatori hanno progettato delle travi inclinate di LCE per dar vita a dei blocchi stretti da rigide strutture di supporto. Lavorando su più segmenti e creando una fitta rete di cellule LCE, hanno ottenuto un corpo stratificato in grado di deformarsi a velocità diverse all’impatto e di dissipare l’energia in modo assai efficace. E non è tutto…
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Questo materiale può resistere a impatti di diverse masse a velocità differenti. Colpendo il materiale con gravi di sei o sette chili fino a una velocità di a 35,4 km/h, non ci sono state conseguenze. Ciò ci fa supporre che gli LCE potrebbero essere utilizzati in futuro per migliorare la sicurezza di caschi e dei giubbotti antiproiettile. Ma potrebbero anche funzionare per i paraurti delle auto.
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Tutti i caschi oggi in commercio sono fatti con materiali che assorbono gli urti e dissipano l’energia attraverso meccanismi anelastici, come la deformazione plastica, la frattura e la frammentazione. Però, questi materiali possono danneggiarsi in modo permanente dopo un urto e perdere la loro resistenza. Ecco perché è così utile questo nuovo materiale architettonico riutilizzabile che mostra un maggiore assorbimento di energia su un’ampia gamma di velocità di deformazione.
