Dai vetri autopulenti, alle eco-imbarcazioni a basso attrito: ecco come i nuovi materiali nanostrutturati cambieranno il nostro futuro

Uno studio targato Sapienza progetta la trama ideale delle superfici corrugate super idrorepellenti per applicazioni tecnologiche altamente innovative. La ricerca è pubblicata sulla rivista ACS Nano

Un team del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza ha introdotto nuovi principi per la progettazione di superfici superidrofobiche che possano essere utilizzate in molte applicazioni tecnologiche operanti anche in condizioni estreme.

Lo studio, che è parte di uno sforzo più ampio finanziato dallo European Research Council col progetto ERC Advanced Grant “Cavitation Across Scales: Following Bubbles from Inception to Collapse”, si propone di superare i limiti dovuti alla “fragilità” della superidrofobia, introducendo una nuova morfologia di superfici. I risultati sono pubblicati sulla rivista ACS Nano.

“Uno dei problemi delle superfici idrofobe corrugate – spiega Simone Meloni, ricercatore del team composto anche da Emanuele Lisi, Matteo Amabili e Alberto Giacomello con il coordinamento di Carlo Massimo Casciola - è che, qualora le cavità superficiali si bagnassero per un improvviso cambiamento di pressione, temperatura o altri parametri di esercizio, le superfici idrofobe diventerebbero inutilizzabili. Questo problema è reso più grave dall’irreversibilità del processo: potrebbe, infatti, non esser possibile ripristinare il cuscino d’aria/vapore, o almeno farlo in assenza di uno stimolo esterno”.

I materiali con superfici corrugate sono materiali che presentano corrugazioni nanoscopiche (delle dimensioni di poche decine di miliardesimi di metro) in grado di intrappolare un cuscino di aria o vapore, riducendo così l’area di contatto tra liquido e solido. Queste caratteristiche donano al materiale eccezionali proprietà superidrofobiche, interessanti per molte applicazioni tecnologiche, come quella di impedire la formazione di ghiaccio sulle ali degli aerei, sui cavi elettrici, sulle pale eoliche.

I ricercatori, attraverso simulazioni al computer, hanno sviluppato una nuova tipologia di cavità: una struttura composita costituita da scanalature longitudinali con pori a sezione quadrata di 10-20 nanometri alla loro base (vedi immagine) è in grado di ripristinare il cuscino d’aria/vapore senza bisogno di alcuna forza esterna.

“Ingegnerizzare la geometria attraverso l’uso delle nanotecnologie – conclude Casciola – permette di creare nuovi materiali funzionali, strumenti e sistemi con proprietà uniche derivanti dalla combinazione delle loro proprietà chimiche e morfologiche. Nel nostro caso, ha permesso di realizzare il recupero della superidrofobicità (self-recovery)”

La nuova morfologia di superfici proposta dal gruppo di ricerca, definita “modular texture”, permette di risolvere molti problemi che finora hanno limitato lo sviluppo di applicazioni tecnologiche di superfici superidrofobiche: dalle superfici autopulenti (la scarsa adesione delle particelle contaminanti combinata con il facile rotolamento di gocce d’acqua sulla superficie superidrofobica rende semplice la loro rimozione) a superfici a bassa frizione per la riduzione di attrito in imbarcazioni (col corrispondente risparmio energetico); dalla fabbricazione di superfici antighiaccio (con possibili applicazioni nel campo aeronautico) a materiali per la microcondensazione (ad esempio per lo energy scavenging, che sono studiati nei laboratori del gruppo di Casciola).

Giovedì, 22 febbraio 2018

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