Le piume di pavone ispirano la creazione di un nuovo materiale innovativo per i futuri sensori smart

Gli scienziati si sono ispirati alla biomimetica delle ali di farfalla e delle piume di pavone per sviluppare un materiale innovativo. Simile all’opale questa nuova pietra potrebbe essere utilizzata nei sensori intelligenti di prossima generazione.

Un team internazionale di scienziati ha sviluppato cristalli fotonici flessibili che cambiano colore; questo nuovo materiale potrebbe aiutare nella realizzazione di sensori in grado di  avvisare in caso di terremoto imminente.

Questi sensori, indossabili, robusti e a basso costo possono rispondere in maniera sensibile a luce, temperatura, tensione o altri stimoli fisici o chimici. Si tratta di una tecnologia dal grande potenziale applicabile nei sistemi di rilevamento visivo in una vasta gamma di settori, tra cui l’assistenza sanitaria e la sicurezza alimentare.

Come delineato nello studio pubblicato sulla rivista Advanced Functional Materials, i cristalli conterrebbero una minuscola quantità di grafene che li renderebbe estremamente flessibili. Questi possono essere prodotti in una vasta gamma di qualità con risultati già visibili ad occhio nudo. L’innovativo materiale brilla di un verde intenso, ma se allungato può cambiare colore in blu o diventare trasparente se riscaldato.

La dott.ssa Izabela Jurewicz, docente di fisica della materia ha dichiarato: “Questo lavoro fornisce la prima dimostrazione sperimentale di opali robusti, ma morbidi, indipendenti e flessibili a base di polimeri contenenti grafene incontaminato esfoliato. Mentre questi cristalli sono belli da vedere, siamo anche molto entusiasti dell’enorme impatto che potrebbero avere sulla vita delle persone”.

“La nostra ricerca si è ispirata alle incredibili capacità biomimetiche di ali di farfalla, piume di pavone e gusci di scarabei in cui il colore viene dalla struttura e non dai pigmenti. Mentre la natura ha sviluppato questi materiali nel corso di milioni di anni, stiamo lentamente recuperando in un periodo più breve,” ha dichiarato Alan Dalton, professore di fisica sperimentale.

Le potenzialità degli innovativi sensori a cristalli fotonici

Tra le loro molte potenziali applicazioni ci sono:

• Indicatori tempo-temperatura (TTI) per imballaggi intelligenti: i sensori sono in grado di fornire un’indicazione visiva se i prodotti deperibili, come alimenti o prodotti farmaceutici, hanno sperimentato storie di tempo-temperatura indesiderabili. I cristalli sono estremamente sensibili alla temperatura.
• Analisi dell’impronta digitale: le loro caratteristiche di memoria di forma reattiva alla pressione sono interessanti per applicazioni biometriche e anti-contraffazione. Premendo i cristalli a dito nudo è possibile rivelare le impronte digitali con alta precisione mostrando creste ben definite dalla pelle.
• Bio-sensing: i cristalli fotonici possono essere utilizzati come impalcature di tessuti per comprendere la biologia e le malattie umane. Se funzionalizzato con biomolecole potrebbe fungere da dispositivo di test per i virus respiratori offrendo sistemi di biosensing economici, affidabili e facili da usare.
• Monitoraggio bio / sanitario: la risposta meccanocromatica dei sensori ne consente l’applicazione come sensori corporei che potrebbero contribuire a migliorare la tecnica dei giocatori sportivi.
• Sicurezza sanitaria: gli scienziati suggeriscono che i sensori potrebbero essere utilizzati in un cinturino da polso che cambia colore per indicare ai pazienti se il loro medico si è lavato le mani prima di entrare in una sala d’esame.

Una tecnologia ottica innovativa nata dalla forte collaborazione di tre team

La ricerca fonde l’esperienza del Materials Physics Group (Università del Sussex) e del Soft Matter Group (Università del Surrey) insieme con l’Advanced Technology Institute per realizzare materiali ottici complessi. Entrambe le università stanno lavorando con la società per commercializzare la tecnologia.

Joseph Keddie, professore di fisica della materia soffice ha riferito: “Le particelle di polimero vengono utilizzate per produrre oggetti di uso quotidiano come inchiostri e vernici. In questa ricerca, siamo stati in grado di distribuire finemente il grafene e ha dimostrato come l’aggiunta di minuscole quantità del materiale porti a nuove capacità emergenti.”

John Lee, CEO di Advanced Materials Development (AMD), ha dichiarato: “Data la versatilità di questi cristalli, questo metodo rappresenta un approccio semplice, economico e scalabile per produrre opali sintetici infusi con grafene multifunzionale aprendo interessanti applicazioni per nuovi nanomateriali. Siamo molto entusiasti di poterlo immettere sul mercato nel prossimo futuro “.