La microstruttura stampata in 3D ispirata alle felce fluttuanti per pulire l’acqua dal greggio

La microstruttura stampata in 3D ispirata alle foglie potrebbe pulire gli oceani dopo le fuoriuscite di petrolio

I ricercatori della University of Southern California hanno tratto ispirazione dalla natura per lo sviluppo di materiali che potrebbero aiutare a ripulire le fuoriuscite di petrolio. Il team ha utilizzato la stampa 3D per ricreare la composizione microstrutturale delle foglie di felce fluttuanti per questo scopo.

La Salvinia molesta è un tipo di felce acquatica originaria del Brasile, nota per come galleggia sull’acqua. Le foglie della pianta sono costituite da sporgenze uniche che i ricercatori assimilano a forme simili a frullini. Secondo questa struttura, la felce lascia le proprietà “superidrofiche”, in altre parole, respinge molto efficacemente l’acqua.

“Penso che la ragione per cui la superficie della pianta è super-idrofoba è perché vive sull’acqua e richiede aria per sopravvivere”, ha spiegato Yang Yang, un ricercatore post-dottorato che lavora con il professore associato Yong Chen sul progetto. “Se non fosse per l’evoluzione a lungo termine di questa pianta, la pianta potrebbe essere immersa nell’acqua e morirebbe”.

Era questa struttura idrofobica che attirava l’attenzione dei ricercatori dell’Università della California meridionale. Se potessero ricreare la struttura, credevano di poter produrre materiali con la capacità di separare il petrolio dall’acqua, il che potrebbe avere un forte impatto sulla pulizia di disastri causati dall’uomo, come le fuoriuscite di petrolio.

Per ricreare l’intricata micro-texture della foglia di felce, i ricercatori hanno creato una struttura simile utilizzando le tecnologie di stampa 3D. Sorprendentemente, il team è stato in grado di stampare in 3D la struttura unica di eggbeater alla stessa scala in cui esiste in natura.

Il team non ha utilizzato la stampa 3D FDM per ottenere questo risultato. Invece, si sono rivolti a un processo altamente preciso e avanzato noto come stampa 3D ad accumulo di superficie immersa per creare le micro-strutture idrofobiche. Integrando la capacità di respingere l’acqua e assorbire l’olio nel materiale stampato in 3D, i ricercatori hanno presentato un processo incredibilmente innovativo per la pulizia di corpi idrici esposti a fuoriuscite di petrolio.

“Abbiamo cercato di creare una struttura superficiale funzionale che fosse in grado di separare il petrolio dall’acqua”, ha aggiunto Chen. “Fondamentalmente, abbiamo modificato la superficie dei materiali utilizzando un approccio di stampa 3D che ci ha permesso di ottenere alcune proprietà superficiali interessanti.”

Finora, il team ha stampato con successo un prototipo 3D del materiale che assorbe l’olio, e la tecnica per separare l’olio dall’acqua potrebbe presentare un approccio molto più semplice e più efficiente dal punto di vista energetico dei metodi esistenti, che richiedono campi elettrici o pressione applicata meccanicamente decontaminare l’acqua.

Il team di Chen aggiunge che la struttura di eggbeater stampata in 3D è in grado di “manipolare il microdroplet”, che potrebbe renderlo adatto alle applicazioni mediche. Ad esempio, una pinza robotizzata ricavata dal materiale potrebbe depositare microgocce di sangue in diverse miscele chimiche per migliorare l’efficienza delle analisi del sangue.

Xiangjia Li, una studentessa di dottorato sulla squadra di Chen, ha detto che un esempio di manipolazione microscopica ad alte prestazioni potrebbe portare ad analisi del sangue più efficienti per i pazienti. “Si può avere un braccio robotico con una pinza creata per imitare l’effetto di Salvinia”, ha detto uno dei ricercatori. “Non importa in quale direzione muovi il braccio, la forza di presa è così grande che una goccia rimarrà attaccata”.

L’innovativo studio di stampa 3D è stato recentemente  pubblicato sulla rivista Advanced Materials .

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