Nanoriempitivi di carbonio ottimizzati grazie alla riduzione degli addensamenti
In alcuni casi, è risaputo che particelle estremamente piccole di specifici materiali possiedono proprietà molto diverse rispetto agli stessi materiali in formato sfuso. Queste nanoparticelle possiedono almeno una dimensione (lunghezza, larghezza o altezza) sulla scala nanometrica (nm), dove un nm corrisponde ad un miliardo di metro, ovvero la scala delle molecole singole. Un esempio è rappresentato dalle nanoparticelle di argento, che costituiscono efficaci agenti antimicrobici, ovvero una proprietà che sembra venga persa negli aggregati di argento. Gli scienziati impegnati nel progetto Harcana ("High aspect ratio carbon-based nanocomposites"), finanziato dall'UE, hanno analizzato una delle classi di nanomateriali più ampiamente studiate, ovvero le nanoparticelle di carbonio (CNP). Rientrano in questa classe i nanotubi di carbonio (CNT), le nanofibre di carbonio (CNF) e i nanofogli di carbonio (CNS) o grafite esfoliata. Un'area di ricerca attiva si basa sull'introduzione delle CNP nei polimeri come riempitivi (nanoriempitivi) per la produzione di nanocompositi. Una delle principali difficoltà tecniche di questo settore è rappresentata dall'agglomerazione o addensamento; come già affermato in precedenza, tale fenomeno potrebbe causare un'alterazione significativa delle proprietà. Gli scienziati di Harcana hanno analizzato tecniche specifiche finalizzate al superamento di questo ostacolo, studiando metodi per il controllo dell'organizzazione spaziale su nanoscala delle CNP in polimeri di film (membrane) sfusi, espansi e sottili, mediante l'utilizzo di processi disponibili a livello industriale. Il punto focale del progetto consisteva nel miglioramento della conduttività termica ed elettrica. I partner dell'iniziativa si sono serviti di metodi sia sperimentali sia di modellizzazione, conducendo importanti studi sulla tossicità per le cellule umane, nell'ambito delle applicazioni neurobiologiche da un lato e dei processi industriali e della sicurezza sul luogo di lavoro dall'altro. Le ricerche hanno reso possibile lo sviluppo di nuovi metodi per la generazione di nanocompositi con un minor livello di agglomerazione mediante l'utilizzo delle CNP. Il risultato di questa fatica si è concretizzato nel deposito di due brevetti e nell'indicazione del percorso da seguire nella ricerca futura. Il progetto Harcana ha fornito un importante contributo alla comprensione scientifica delle CNP in quanto riempitivi di matrici di polimeri, rafforzando il potenziale tecnologico di questi materiali per le applicazioni del futuro. Il lavoro è stato pubblicato in numerose riviste peer-reviewed e ha contribuito a nove tesi di dottorato.