Alla scoperta dei materiali del futuro: dal grafene ai nuovi materiali plastici

Un gruppo di ricercatori guidato da studiosi dell’Università di Bologna è riuscito a sintetizzare un nuovo biomateriale, a base di carbonato di calcio e arricchito con nano-particelle magnetiche, sfruttando le caratteristiche naturali di un organismo marino unicellulare, la foraminifera Amphistrigina lessoni. Si tratta solo della scoperta più recente in questo campo: quello dei nuovi materiali, infatti, è un ambito di studio particolarmente attivo, in cui stanno investendo non solo le istituzioni accademiche ma anche le aziende.

I biomateriali e quelli bio-ispirati. Quello sintetizzato dagli studiosi dell’ateneo bolognese è un materiale naturale, i cui processi di creazione erano fino a ora ignoti. La ricerca, che ha permesso così di sfruttare processi che avvengono in natura, potrebbe essere replicata anche su altri organismi e con altri “ingredienti”, dando così origine a infinite possibilità per la sintesi di nuovi materiali.
In altri casi, invece, la natura ispira gli scienziati nella ricerca di nuove soluzioni: un team dell’Università della Pennsylvania, per esempio, avrebbe messo a punto un adesivo con una forte tenuta e allo stesso tempo reversibile, seguendo la via tracciata dalle lumache: queste, infatti, sono in grado di ancorarsi a qualsiasi superficie grazie all’epifragma, una membrana viscida che si trova attorno all’apertura dei loro gusci. Grazie ad un materiale chiamato PHEMA, i ricercatori sono riusciti a replicare le caratteristiche dell’epifragma, creando una sostanza in grado di creare una saldatura molto resistente e, allo stesso tempo, reversibile con la semplice aggiunta di acqua.

Materiali a servizio della tecnologia. Alcune innovazioni tecnologiche richiedono sforzi importanti anche sul piano dei materiali: superconduttività, resistenza, flessibilità sono caratteristiche fondamentali. Proprio per questo si è conquistato un posto di onore nella lista dei materiali del futuro il grafene, costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, che può vantare la resistenza meccanica del diamante e la flessibilità della plastica. La sua scoperta è valsa il premio Nobel per la fisica del 2010 ai suoi scopritori, Andrej Gejm e Konstantin Novosëlov dell’Università di Manchester, ma continua ancora oggi a far parlare di sé: è proprio degli ultimi giorni, infatti, la notizia di uno studio, pubblicato su Nature Physics e condotto dai ricercatori delle università Brown e Columbia, che attribuisce al grafene un nuovo “superpotere”, che potrebbe risultare importante nella ricerca e lo sviluppo dei computer quantistici.

Anche la tradizione, però, può ispirare la creazione di nuovi materiali: uno studio della Washington University ha sviluppato un metamateriale basato sugli origami, l’antica arte giapponese di piegare la carta, capace di smorzare gli urti. La particolare struttura, una sequenza di “celle”, si deforma e trasmette l’urto alle celle successive in maniera così efficiente che prima che questo arrivi in fondo si è praticamente annullato. Potrebbe essere alla base dei sistemi di assorbimento degli impatti di droni, razzi e auto del futuro.

Ce li chiede anche l’ambiente. Per fronteggiare l’emergenza climatica abbiamo bisogno di soluzioni efficaci e permanenti: una di queste è sicuramente legata alla ricerca di un sostituto della plastica. In questa direzione va lo studio dell’U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory, che ha sviluppato un nuovo tipo di plastica, chiamata PDK. Uno dei problemi principali della plastica usata normalmente, infatti, è la sua limitata riciclabilità: la ricerca potrebbe aver sintetizzato un materiale plastico in grado di essere riciclato indefinitamente.
Ma anche nel settore delle energie rinnovabili i materiali hanno e avranno un ruolo di primo piano: trovare sistemi per immagazzinare sempre più energia e diffonderla velocemente, per esempio, è uno degli obiettivi più urgenti per fronteggiare la crisi del clima.

Le sfide che abbiamo di fronte per il prossimo futuro sono molte ma abbiamo dei nuovi potenti alleati per affrontarle: dei nuovi, sorprendenti, materiali.