Scrittura ad inchiostro diretto con la stampa 3d per oggetti meccanoluminescenti

Processo di scrittura ad inchiostro diretto per oggetti meccanoluminescenti in stampa 3D

Nel lontano 1605, il filosofo, statista e scienziato inglese Francis Bacon dimostrò per la prima volta il fenomeno della meccanoluminescenza – emissione luminosa risultante da un’azione meccanica su un solido – rompendo i cristalli di zucchero. Da quel momento, i ricercatori di tutto il mondo hanno lavorato per sviluppare materiali meccanoluminescenti (ML), e quelli principali studiati includono solfuro di zinco, cristalli molecolari, quarzo e alogenuri alcalini. Questo principio può essere prodotto attraverso un’ecografia, insieme ad altri processi … come la stampa 3D.

La meccanoluminescenza è il centro delle ultime ricerche sulla stampa 3D della Hebrew University di Gerusalemme , parzialmente supportata dalla Singapore National Research Foundation nell’ambito del programma CREATE (Campus for Research Excellence and Technological Enterprise).

Un team di ricercatori del  Casali Center for Applied Chemistry presso l’Institute of Chemistry ha recentemente pubblicato un articolo nella rivista Materials Horizons , intitolato ” Oggetti 2D e 3D stampati meccanoporidimensionali anistropici e la loro applicazione per l’energy harvesting al buio “, spiega il loro processo per la stampa 3D di oggetti con geometrie complesse che, quando allungate, emettono luce, in base al fenomeno ML.

Co-autori del giornale sono il dott. Dinesh K. Patel, studente di dottorato Bat-El Cohen, il professor Lioz Etgar e il professor Shlomo Magdassi , che ha completato una ricerca preliminare riguardante i materiali stampabili 3D unici  .

L’abstract riporta: “Riportiamo su nuove composizioni di materiali che consentono di realizzare dispositivi 3D meccanoluminescenti completamente stampati utilizzando una tecnologia di stampa 3D a scrittura diretta in un unico passaggio. L’inchiostro è composto da PDMS, particelle ZnS drogate con ioni di metalli di transizione e un ritardatore di reticolazione del platino che consente un lungo tempo aperto per il processo di stampa. Sono stati fabbricati oggetti multi-materiale meccanoluminescenti stampati in 3D con strutture complesse, in cui l’emissione di luce risulta dallo stiramento o dal vento che soffia. La stampa multi-materiale ha prodotto un’emissione di luce anisotropica a seguito di compressione da diverse direzioni, consentendo il suo utilizzo come sensore di pressione e direzione. Il picco di emissione di luce meccanoluminescente è stato adattato per corrispondere a quello di un materiale perovskite e, quindi, ha permesso la conversione diretta dell’energia eolica nel buio in elettricità,

Se stirati meccanicamente, gli oggetti ML stampati in 3D emetteranno luce. Secondo i ricercatori, il colore di questa luce può essere adattato “in base alla composizione chimica delle particelle incorporate all’interno dell’oggetto 3D”.

Gli oggetti polimerici stampati in 3D emetteranno anche luce quando si muovono leggermente dopo essere stati esposti a flussi d’aria che imitano il vento; collegando l’oggetto a una cella solare, questa luce può essere convertita in elettricità, così le celle solari potrebbero un giorno raccogliere preziosa energia eolica al buio. Le potenziali applicazioni per i materiali ML stampati in 3D includono inchiostri di sicurezza, sensori direzionali flessibili e incorporati, mappatura dinamica delle firme personali e utilizzo dell’energia eolica per generare luce.

Dr. Patel 3D ha stampato i dispositivi ML basati su un nuovo processo e composizioni di materiali che consentono la stampa 3D di oggetti multi-materiale con strutture complesse. Questo processo si basa sulla tecnologia di scrittura diretta dell’inchiostro (DIW) ed è stato in grado di stampare con successo i materiali ML incorporati nei monomeri elastomerici. Il team ha utilizzato la stampa 3D multimateriale per modellare oggetti ML con più emissioni di colore; questi oggetti possono quindi essere utilizzati per generare un’emissione luminosa anisotropica che viene utilizzata come sensore direzionale.

Il team di ricerca ha anche stampato in 3D i dispositivi ML azionati dal vento in un solo passaggio e in seguito li ha combinati con celle solari a base di perovskite, sviluppate da El Cohen nel gruppo del professor Etgar, al fine di convertire direttamente l’energia eolica in elettricità al buio. Queste celle solari hanno consentito una generazione di energia superiore rispetto a qualsiasi altro precedentemente riportato, adattando il materiale assorbente all’interno delle celle solari all’emissione luminosa specifica del dispositivo ML stampato in 3D.

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