In questi giorni, i componenti in plastica sono vitali per molti settori dell'industria:costruzioni leggere, produzione automobilistica e ingegneria elettrica, per citarne solo alcuni. Ora i ricercatori hanno trovato modi ingegnosi per combinare la plastica con le nanoparticelle e dotarle di nuove proprietà. Grazie a questi materiali innovativi, gli aerei potrebbero in futuro essere meglio protetti dai fulmini.

Immagina la scena:nuvole nere come la pece che si addensano all'orizzonte, un aeroplano che vola verso la tempesta... e improvvisamente un lampo incandescente squarcia il cielo. Non è affatto raro che gli aerei debbano attraversare fronti di maltempo, ma quando lo fanno, c'è sempre un grosso pericolo:i fulmini. Naturalmente, i produttori di aerei fanno tutto il possibile per proteggere le loro macchine dagli scioperi, ma anche gli aerei in alluminio non ne escono sempre del tutto illesi. E quando i componenti polimerici - solitamente plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) - sono incorporati nel design come misura di risparmio di peso, la situazione diventa ancora più problematica, perché non conducono corrente elettrica come l'alluminio.

Al Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM di Brema, Germania, i ricercatori hanno ora sviluppato un processo per la produzione di nuovi materiali che dovrebbe offrire agli aerei una migliore protezione contro i fulmini. Si sono concentrati sulle proprietà uniche dei materiali dei nanotubi di carbonio (CNT). I CNT sono tra le fibre più rigide e resistenti conosciute, e hanno una conduttività elettrica particolarmente elevata. Per trasferire le loro proprietà ai CFRP, gli scienziati hanno combinato queste nanoparticelle con la plastica. “Mescolando le nanoparticelle con la plastica, siamo stati in grado di migliorare significativamente le proprietà del materiale di quest'ultimo, ” afferma il dott. Uwe Lommatzsch, project manager presso l'IFAM. Per fare solo due esempi, I CNT vengono utilizzati per ottimizzare la conduttività elettrica delle materie plastiche, e le loro proprietà di dissipazione del calore vengono parimenti migliorate mediante l'aggiunta di particelle metalliche.

Il trucco sta nel processo di miscelazione, dice Lommatzsch:“Le micro o nanoparticelle devono essere altamente omogenee, e talvolta molto strettamente legato al polimero”. Per fare questo, gli scienziati utilizzano la tecnologia al plasma. Usano un plasma atmosferico per alterare la superficie delle particelle in modo tale che possano essere più facilmente legate chimicamente al polimero. Una scarica pulsata in una camera di reazione crea un gas reattivo. collega di Lommatzsch, Dott. Jörg Ihde, spiega:"Spruzziamo le particelle - cioè i nanotubi - in questo plasma atmosferico". Cadono immediatamente nel solvente selezionato, che può quindi essere utilizzato per elaborare ulteriormente il polimero. L'intera procedura richiede solo pochi secondi:un enorme vantaggio rispetto al vecchio metodo, in cui i CNT venivano generalmente preparati in un bagno acido utilizzando un processo chimico ad umido. Ci sono volute diverse ore o giorni, richiedeva considerevolmente più sostanze chimiche, e ha generato una quantità significativamente maggiore di rifiuti.

Oltre alle migliori plastiche rinforzate con fibra di carbonio per l'uso nella produzione di aeromobili, i ricercatori IFAM hanno in mente diverse altre potenziali applicazioni. Ihde fa un esempio:"Possiamo aumentare le proprietà di dissipazione del calore dei componenti elettrici dando alle particelle metalliche di rame o alluminio un rivestimento elettricamente isolante nel plasma e poi mescolandole in un polimero". Questo può essere premuto su un componente elettronico in modo che il calore venga dissipato direttamente. “Il surriscaldamento degli elementi è un grave problema nell'industria elettronica, " Aggiunge. I ricercatori hanno anche escogitato un modo per ridurre le perdite elettromagnetiche utilizzando questo processo al plasma per rivestire particelle magnetiche morbide come il ferro e quindi combinandole con la plastica. Integrato nei motori elettrici, tagliano le perdite di correnti parassite, migliorando così l'efficienza e allungando la vita utile.

Gli esperti IFAM esporranno nanotubi di carbonio modificati in superficie - che dimostrano una miscibilità significativamente migliorata con i solventi - alla fiera K 2010 di Düsseldorf, dal 27 ottobre al 3 novembre.