Ricerca: da ENEA e Cnr materiali smart più efficienti e adatti all’utilizzo industriale

ENEA e Cnr stanno sviluppando soluzioni per produrre materiali smart in modo sempre più semplice e veloce e favorirne l’utilizzo in ambito industriale.

Gli smart material riescono a modificare dimensioni, rigidità, forma o altre caratteristiche fisiche in risposta a stimoli esterni, quali temperatura, luce, pressione e campi elettrici o magnetici, consentendo lo sviluppo di prodotti innovativi e dinamici.

In ambito medico, ad esempio, gli smart material trovano applicazione nello sviluppo di dispositivi impiantabili, come pacemaker e protesi articolari, capaci di interagire con l’organismo e adattare il proprio comportamento agli stimoli fisiologici. Un altro settore di grande interesse è quello degli idrogel intelligenti, materiali in grado di modificare la propria struttura o il proprio volume in risposta a stimoli esterni, come variazioni di temperatura, PH o campi elettrici, consentendo un rilascio controllato e mirato di farmaci.

Il team ENEA-Cnr, guidato da Giuseppe Nenna per ENEA e Lucia Petti per Cnr-ISASI^[1], si è concentrato su una particolare classe di smart material, i polimeri fotomobili (Photomobile Polymers, PMP), una nuova categoria di attuatori (ottici), in grado di rispondere agli stimoli luminosi producendo movimenti precisi. “Si tratta di materiali sensibili agli stimoli, che sono in grado di convertire l'energia luminosa in lavoro meccanico e che subiscono deformazioni controllate e reversibili quando vengono esposti a specifiche lunghezze d'onda della luce. Questi materiali offrono un'ampia gamma di potenziali applicazioni, che spaziano dall'optoelettronica alla microingegneria, dal settore biomedico fino alle scienze ambientali”, evidenzia Giuseppe Nenna, ricercatore ENEA del Laboratorio Componenti e sistemi intelligenti per la manifattura presso il Dipartimento Sostenibilità. 

Una caratteristica fondamentale di questi materiali è l'incorporazione di unità di azobenzene, che rappresentano il principale motore del movimento. Il gruppo di ricerca, con l’obiettivo di migliorare le prestazioni dei materiali fotomobili, ha studiato la loro risposta fotomeccanica, in particolare gli angoli di flessione e la velocità di attuazione, in diverse condizioni sperimentali. Ad esempio, sono state esplorate differenti strategie per ottimizzare la distribuzione del calore, come la laminazione dei film PMP con uno strato di rame che consente al materiale di sopportare livelli più elevati di irraggiamento senza degradazione delle prestazioni. Inoltre, sono stati incorporati nella matrice polimerica diversi tipi di nanoparticelle (ad esempio carbon black, ossido di zinco, nanocuboidi d'argento), che permettono di attivare indirettamente l'azobenzene, aumentando così l'efficienza del movimento e riducendo i tempi di risposta.

“Alla recente Conferenza internazionale sulla scienza dei materiali e le nanotecnologie di Barcellona abbiamo presentato nuove strategie che permettono di allargare la banda di lunghezze d’onda utilizzabile dai polimeri fotomobili, in modo da renderli utilizzabili anche con la radiazione solare e da offrire una soluzione scalabile, destinata ad applicazioni nella soft robotics e nei sistemi adattivi”, conclude Nenna.

Queste attività del team congiunto ENEA-Cnr sono state realizzate nell’ambito dei progetti PULSE-COM ^[2] e ALICE^[3]: quest’ultimo ha ottenuto un riconoscimento speciale nell'ambito dell'Innovation Village Award, dedicato ai migliori progetti nel campo dei nuovi materiali e dei materiali avanzati.