AGI - Un materiale capace di cambiare colore senza che l'occhio umano possa vedere la trasformazione potrebbe diventare la base di nuovi contrassegni invisibili contro la contraffazione di banconote, passaporti, documenti ufficiali e prodotti commerciali. Si chiama davyne ed è stato sviluppato da un gruppo di ricercatori dell'Università di Turku, in Finlandia, coordinato da Mika Lastusaari, professore e principal investigator dell'Intelligent Materials Chemistry Group.
La trasformazione avviene infatti nella regione del vicino infrarosso e può essere osservata soltanto attraverso uno spettrometro o una fotocamera sensibile all'infrarosso. La caratteristica che distingue il nuovo materiale è inoltre la possibilità di attivarne e disattivarne la risposta: un eventuale marchio di sicurezza potrebbe quindi essere reso rilevabile durante un controllo e successivamente riportato allo stato invisibile.
La scoperta è nata dalle ricerche sull'hackmanite, un minerale naturale che può essere prodotto anche sinteticamente e sul quale il gruppo finlandese lavora da tempo. L'hackmanite è fotocromatica: esposta alla radiazione ultravioletta può passare dal bianco al rosa o al violetto, per poi recuperare il colore originario dopo un'adeguata esposizione alla luce bianca oppure quando viene riscaldata a 100 gradi Celsius.
Il percorso che ha portato alla davyne è cominciato durante un progetto di tesi condotto da uno studente del gruppo. I ricercatori hanno scoperto che sostituendo il sodio con il calcio le proprietà cromatiche dell'hackmanite cambiavano. Alcuni campioni diventavano gialli, mentre altri apparentemente non cambiavano affatto colore. "Abbiamo notato che alcuni campioni del materiale non cambiavano colore visibilmente, ma cambiamenti simili avvenivano nella regione del vicino infrarosso, che è invisibile all'occhio umano", ha spiegato Lastusaari. Successive analisi hanno permesso di distinguere due materiali. Quello che diventava giallo era hackmanite di calcio, mentre il materiale responsabile dell'attività nel vicino infrarosso era la davyne, appartenente alla famiglia minerale della cancrinite.
I due composti possiedono la stessa formula chimica, ma una differente struttura atomica (come grafite e diamante). Inizialmente ottenere davyne pura si è rivelato difficile perché l'equilibrio chimico del processo tendeva a favorire la formazione dell'hackmanite di calcio. Il gruppo ha quindi lavorato all'ottimizzazione del materiale e del processo produttivo insieme ai ricercatori di ingegneria dei materiali, utilizzando anche metodi di machine learning sviluppati in questo settore, fino a riuscire a produrre la forma più pura possibile di davyne.
Restava però da comprendere il meccanismo responsabile della trasformazione. Nell'hackmanite il cambiamento cromatico deriva dal trasferimento di un elettrone da uno specifico ione verso una vacanza di cloro presente nella struttura, mentre la dimensione di questa cavità determina il colore assunto dal materiale. La davyne presenta una struttura differente: al posto delle cavità caratteristiche dell'hackmanite possiede lunghi tunnel vuoti. "Alla fine siamo riusciti a dimostrare che il meccanismo del cambiamento di colore della davyne è simile a quello dell'hackmanite", ha spiegato Lastusaari.
Secondo i ricercatori, la davyne è l'unico materiale conosciuto capace di cambiare colore in modo che la trasformazione non possa essere rilevata dall'occhio umano. Una proprietà che potrebbe essere sfruttata per sistemi di autenticazione e sicurezza. Il gruppo ha già effettuato una prima prova applicativa utilizzando una fotocamera economica dalla quale erano stati eliminati tutti i filtri per il rilevamento dei colori. In questo modo il chip di silicio rimasto nel dispositivo poteva registrare un intervallo di lunghezze d'onda adatto alla davyne. I test hanno mostrato che, regolando opportunamente la sensibilità della fotocamera, il cambiamento del materiale può essere rilevato chiaramente sotto luce infrarossa.
"Il vantaggio della davyne rispetto ad altri materiali invisibili utilizzabili per i contrassegni anticontraffazione è che la sua attività nel vicino infrarosso può essere accesa e spenta", ha sottolineato Lastusaari. "In pratica significa che il contrassegno può essere attivato in modo da diventare visibile per l'ispezione e poi riportato a uno stato invisibile".