L'incredibile nuovo cristallo trasforma la luce in un lavoro meccanico

Jul 07, 2023

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La svolta potrebbe eliminare la necessità di batterie ingombranti e tutta la gestione termica che ne deriva.

Quasi tutte le forme della moderna tecnologia di consumo sono alimentate da energia elettrochimica, altrimenti nota come batterie. Le batterie agli ioni di litio, ad esempio, trasformano le reazioni chimiche in energia a corrente continua producendo anche alcuni effetti collaterali (principalmente calore). E se ci fosse un altro modo per alimentare i gadget, ad esempio i laser?

Questa è l'idea alla base della nuova ricerca del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica e CU-Boulder. In un nuovo studio pubblicato questo mese sulla rivista Nature Materials, il team, guidato dal professore di ingegneria chimica ed elettrica Ryan Hayward, ha esplorato modi per sfruttare minuscoli cristalli e trasformare direttamente la luce in lavoro meccanico. Su larga scala, una svolta del genere potrebbe eliminare la necessità di batterie ingombranti e tutta la gestione termica che ne deriva.

"Eliminiamo, per così dire, gli intermediari, prendiamo l'energia luminosa e la trasformiamo direttamente in deformazione meccanica", afferma Hayward in un comunicato stampa.

Questi cristalli fotomeccanici sono incorporati in un materiale polimerico, una specie di spugna con piccoli fori. Man mano che i cristalli crescono in questi fori, la loro durata e capacità di produrre energia aumentano enormemente se esposti alla luce. Ciò fa sì che il materiale pieghi o sollevi oggetti (ciò che Hayward descrive come “deformazione”), il che può imitare un motore o un attuatore meccanico se posizionato nelle giuste condizioni.

E questo “motore” alimentato dalla luce può essere straordinariamente potente. In un esperimento, una striscia di cristalli da 0,02 mg ha sollevato con successo una pallina di nylon da 20 mg. Sebbene non sia una quantità enorme, si tratta di un peso che è comunque 10.000 volte la massa collettiva dei cristalli.

Si tratta di un grande miglioramento rispetto al lavoro precedente del team che cercava di indurre una reazione fotochimica nei solidi cristallini. Poiché l'"alto ordinamento strutturale" di questi cristalli limitava la loro flessibilità, spesso si rompevano se esposti alla luce. Ma i microcristalli racchiusi in una resina polimerica termoplastica sono più capaci di piegarsi. Ciò non solo ha consentito una maggiore flessibilità, ma il materiale potrebbe anche sopravvivere ad almeno un centinaio di cicli, riferisce lo studio.

Andando avanti, la tecnologia dovrà essere molto più efficiente affinché chiunque possa anche solo iniziare a prendere in considerazione l’idea che potrebbe usurpare le batterie come fonte di energia mobile. Ma le prestazioni migliorate del nuovo materiale, rispetto ai tentativi precedenti, sono certamente entusiasmanti da vedere.

“Abbiamo ancora molta strada da fare, soprattutto in termini di efficienza, prima che questi materiali possano davvero competere con gli attuatori esistenti”, afferma Hayward. “Ma questo studio è un passo importante nella giusta direzione e ci fornisce una tabella di marcia su come potremmo arrivare a questo obiettivo nei prossimi anni”.

Darren vive a Portland, ha un gatto e scrive/modifica di fantascienza e di come funziona il nostro mondo. Puoi trovare i suoi contenuti precedenti su Gizmodo e Paste se guardi abbastanza attentamente.

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