Articolo a cura di Rosario TOLOMEO

La natura è sempre stata fonte di ispirazione per l’uomo. Anche in questo caso, infatti, è proprio dalle osservazioni della struttura della pelliccia degli orsi polari che è stato possibile sviluppare un nuovo materiale, leggero, ad elevata elasticità ed eccellenti proprietà di isolamento termico. In questo articolo verranno spiegati i concetti base che hanno portato allo sviluppo di questo innovativo materialo biomimetico.

Biomimetica e orsi polari

Il pelo degli orsi polari ha una struttura molto particolare: è formato da filamenti cavi dalla bassissima bagnabilità. La struttura cava rende il pelo del mammifero molto leggero. L’aria intrappolata nella cavità, inoltre, abbassa la conducibilità termica dell’intero sistema. Questo, unito al fatto che la struttura cava impedisce il libro flusso d’aria, fornisce ottime proprietà di isolamento termico.

Natura, materiali, biomimetica, biomateriali, chimica, isolamento, termico, nanotubi, carbonio, aerogel, idrogel, XRD, TEM, orso, polare Energy Close-up Engineering
doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025

Lo sviluppo del nuovo materiale

I ricercatori della “University of Science and Technology of China” che hanno lavorato a questo progetto hanno sviluppato un nuovo materiale basato sulla struttura del pelo degli orsi polari. Nello specifico hanno fabbricato degli aerogel (miscela di un solido e un gas) di nanotubi di carbonio (CTA). Questo materiale, presenta una densità di 8 kg/m3, una bassissima bagnabilità (angolo di contatto pari a 146°.Nella teoria della bagnabilità, si dicono idrofobiche quelle superfici aventi angolo di contatto con l’acqua maggiore di 90°) e una conducibilità termica di soli 23 mW m-1K-1 (che risulta essere più bassa della conducibilità termica dell’aria secca). Inoltre, la struttura di questo CTA gli conferisce una grande elasticità e resistenza a fatica: il materiale ha mantenuto integrità strutturale dopo 10 milioni di cicli di compressione al 30% di deformazione e dopo 10 mila cicli di compressione al 90% di deformazione.

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doi.org/10.1016/j.chempr.2019.04.025

Ma come è stato prodotto il materiale in questione?

In primis sono stati prodotti nanocavi di Tellurio a partire da, TeO2, trattato con polivinilpirrolidone. Questi nanocavi sono serviti da building block sui quali effettuare un processo di coating con carbonio.

Analisi XRD, TEM (microscopia elettrica a trasmissione), FTIR (spettroscopia IR in trasformata di Fourier) e XPS (spettroscopia fotoelettronica a raggi X) hanno confermato la qualità del campione. Le prove effettuate, inoltre, hanno mostrato come le proprietà dei CTA ottenuti fossero di gran lunga superiori di quelle della controparte naturale.

Come sempre, la natura fornisce a noi ingegneri esempi da cui prendere spunto per le nostre attività di progettazione. Sarebbe il caso di ripagare questo debito trattandola un po’ meglio.