Crystal Engineering of acentric and mechanically responsive smart crystals - Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1.

I cristalli a risposta meccanica, chiamati anche cristalli dinamici (DCs), sono in grado di reagire ad uno stimolo esterno (calore, luce) attraverso un movimento macroscopico, per esempio saltando, contorcendosi, piegandosi o cambiando forma. Tali materiali stanno attirando molto interesse a causa dei loro usi potenziali come elementi attivi in attuatori morbidi e leggeri, il cui valore della forza rispetto al peso sia comparabile o perfino superiore ad alcune creature viventi. Questo, accoppiato alla loro capacità meccanica, apre molte opportunità per la loro integrazione in piccoli dispositivi o piccoli robots. Lo scopo di questo progetto è la progettazione, preparazione e la completa caratterizzazione di nuovi cristalli acentrici & dinamici di due tipi: cristalli termo- e fotoresponsivi. Nei cristalli termoresponsivi l'effetto macroscopico termomeccanico è prodotto da una transizione cristallo singolo/cristallo singolo (SCSC) ed è quindi correlato la calore assorbito dal cristallo; nei cristalli fotoresponsivi lo stimolo esterno è la luce assorbita dal cristallo che innesca reazioni topochimiche al suo interno. L'elemento chiave del progetto è la ricerca di cristalli acentrici a risposta meccanica, cioè la coniugazione delle funzionalità dinamiche dei DCs con le proprietà tipiche dei materiali non-centrosimmetrici, come ad esempio la piezoelettricità e l'effetto Pockels. Un obiettivo è di preparare nuovi materiali morbidi e leggeri dotati di un ampio spettro di funzionalità che potrebbero risultare in nuovi sistemi smart con potenziali applicazioni nelle telecomunicazioni (ad es. modulazione elettroottica, generazione THz), nell'energia (ad es. stoccaggio dell'energia attraverso la conversione da termica a meccanica e da luminosa a meccanica, caricatori piezoelettrici attivati dal calore) e nella robotica (attuatori termici/ottici morbidi e leggeri). Le prime due fasi di lavoro sono focalizzati sulle due diverse calssi di DCs. La sintesi chimica sarà condotta attraverso un approccio di ingegneria cristallina, cioè progettando la sintesi chimica dei composti in vista dell'impaccamento cristallino richiesto per ottenere le proprietà desiderate. Il coinvolgimento di laboratori fisici permette la valutazione delle proprietà ottiche e meccaniche dei materiali e di ottenere un composito per attuatori a temperatura ambiente/raccolta dell'energia/conversione basati su un cristallo termoresponsivo-piezoelettrico. La terza fase di lavoro prevede di sviluppare un approccio machine learning (ML) per la prevalutazione della responsività meccanica nei cristalli. Il primo step sarà la preparazione di un database di tutti i cristalli conosciuti che mostrano polimorfismo con transizioni SCSC, che saranno caratterizzati con opportuni descrittori per il training ML. Il databese sarà realizzato attraverso procedure di data mining e natural language processing (NLP) dalla letteratura esistente. Esso sarà reso accessibile alla comunità scientifica e aggiornabile, per favorire l'impatto sociale della ricerca.