Memoria di forma per nano-oggetti

Le strutture in nanoscala fatte di ossidi ferrosi prodotte in questo modo sono altamente elastiche, resilienti e consentono movimenti flessibili. Hanno anche dimostrato un effetto di memoria di forma: quando i ricercatori hanno applicato una forza meccanica di trazione alla struttura, questa si è espansa e deformata in modo permanente. Gli scienziati hanno poi diretto un fascio di elettroni da un microscopio elettronico a scansione sulla struttura deformata, che è tornata alla sua forma originale L'energia elettrica ha quindi innescato un effetto di memoria di forma. Lo spessore dello strato di circa venti nanometri è il campione di dimensioni più piccole su cui sia mai stato osservato un tale effetto.

Normalmente, in altri esempi, l'effetto memoria di forma è innescato da una manipolazione termica o magnetica. "Il fatto che funzioni negli ossidi ferrosi con l'irradiazione elettrica potrebbe avere a che fare con l'orientamento della polarizzazione all'interno degli ossidi", spiega Chen. Quando il filamento viene allungato, la polarizzazione all'interno degli ossidi si allinea parallelamente al piano del filamento. Il fascio di elettroni allinea la polarizzazione perpendicolarmente al piano del filamento, facendo tornare la struttura alla sua forma originale.

Un'ampia gamma di applicazioni

Questa reazione all'energia elettrica è più adatta a numerose applicazioni, perché le manipolazioni puntuali della temperatura (che altrimenti causano l'effetto memoria di forma) non sono possibili su scala nanometrica. Un esempio di applicazione: Grazie alla loro elevata elasticità, gli ossidi potrebbero sostituire le fibre muscolari o parti della colonna vertebrale. "Un'altra applicazione potrebbe essere quella di nuovi sistemi robotici su scala nanometrica: Il movimento meccanico che si verifica quando si passa da una forma strutturale all'altra potrebbe essere utilizzato per azionare piccoli motori", spiega Donghoon Kim. Ha lavorato a questo studio come dottorando ed è uno dei due primi autori. "Inoltre, il nostro approccio potrebbe anche consentire lo sviluppo di nanomacchine più durevoli, poiché il nostro materiale non è solo elastico ma anche resistente", spiega Minsoo Kim, postdoc e anch'egli primo autore.

L'area di applicazione potrebbe essere estesa anche all'elettronica flessibile e al campo della robotica morbida. In un ulteriore studio, che i ricercatori hanno appena pubblicato sulla rivista pagina esternaTecnologie dei materiali avanzati In uno studio pubblicato dall'Università di Friburgo, sono riusciti a sviluppare ulteriormente queste strutture di ossido libere in modo tale da poter controllare e regolare con precisione le loro cosiddette proprietà magnetoelettriche. Questi ossidi a memoria di forma potrebbero essere utilizzati, tra l'altro, per produrre nanorobot che possono essere impiantati nel corpo e stimolare le cellule o riparare i tessuti. I campi magnetici esterni potrebbero essere utilizzati per trasformare questi nanorobot in una struttura diversa e svolgere determinate funzioni nel corpo umano, ad esempio.

"Inoltre, le proprietà magnetoelettriche delle strutture di ossido a memoria di forma potrebbero essere utilizzate per stimolare elettricamente le cellule all'interno del corpo, ad esempio per attivare le cellule nervose nel cervello, per terapie cardiache o per accelerare la guarigione delle ossa", afferma Pané. Infine, gli ossidi magnetoelettrici a memoria di forma potrebbero essere utilizzati in dispositivi su scala nanometrica, come piccole antenne o sensori.