una rete cilindrica di molecole note come nanotubi di carbonio, sta attirando una grande attenzione da parte dei ricercatori del settore in questi giorni.

I nanotubi di carbonio (CNT) possono essere applicati come additivi a vari materiali strutturali attraverso un processo chiamato adsorbimento, dove vengono utilizzati per modificare la superficie dei materiali industriali al fine di ottenere determinate proprietà, come rivestimenti idrorepellenti per parabrezza di automobili e rivestimenti idrofili per lenti a contatto. Questo potenziale ha attirato l'interesse dei ricercatori del settore in molte aree, come materiali aerospaziali/navali, prodotti nano-elettrici, dispositivi ottici, sensori chimici, supporti catalizzatori, trattamenti acqua/gas, portatori di farmaci e tessuti artificiali.

I CNT sono composti dallo stesso elemento dei diamanti ma con una diversa disposizione strutturale, e possiedono straordinarie termiche, proprietà meccaniche ed elettriche. I singoli nanotubi si allineano naturalmente in "corde" cilindriche tenute insieme dalle forze di van der Waals, le forze di attrazione che si trovano tra gli atomi, molecole e superfici e causati da correlazioni nella polarità fluttuante di altre particelle vicine.

Sadhan C. Jana, dottorato di ricerca, professore di Ingegneria dei polimeri presso l'Università di Akron (UA), ha studiato le interessanti proprietà di queste molecole simulando queste strutture microscopiche utilizzando i potenti sistemi dell'Ohio Supercomputer Center (OSC).

"Il più grande ostacolo nella realizzazione del pieno potenziale dei CNT è la formazione di agglomerati a causa di van der Waals e le interazioni elettrostatiche tra le singole particelle di CNT, " ha spiegato Jana. "I ricercatori hanno ideato diverse metodologie per indebolire tali interazioni".

Vengono seguiti due approcci principali nell'applicazione dei CNT alle superfici dei materiali:funzionalizzazione covalente e non covalente. Nella funzionalizzazione covalente, si formano legami chimici con gli atomi di carbonio della superficie, un processo che spesso altera le caratteristiche grafitiche dei CNT e compromette la conducibilità elettrica e la resistenza meccanica della molecola. In contrasto, la funzionalizzazione non covalente utilizza molecole di legame progettate in modo univoco, un segmento molecolare che aiuta a migliorare la stabilità dei CNT creando "legami" tra i CNT e le catene polimeriche o le molecole di solvente per fornire una tenacità eccezionale, resistenza all'urto e resistenza alla rottura.

"Le simulazioni di nanocompositi polimerici in soluzione sono compiti che richiedono molta CPU, "ha detto Jie Feng, un ricercatore post-dottorato che lavora con Jana presso UA. "Nel nostro approccio, la risoluzione della simulazione è aumentata per le parti che sono di massima importanza, Per esempio, i fenomeni in corrispondenza o in prossimità delle superfici dei nanotubi, mentre la bassa risoluzione viene utilizzata per la simulazione delle parti del sistema, come il movimento delle molecole di solvente".

Jana e Feng hanno condotto simulazioni dell'adesione di molecole di legame sulle superfici dei materiali e hanno ottenuto stime delle proprietà meccaniche migliorate e della conduttività termica. La loro ricerca si concentra sull'acquisizione di una comprensione fondamentale del meccanismo di trasferimento fisico - o "adsorbimento" - di tali molecole di legame da soluzioni su superfici di nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT). Le molecole di legame possono includere polimeri, tensioattivi o biopolimeri. I CNT trattati con le molecole di legame possono essere utilizzati nella fabbricazione di sensori e dispositivi o possono essere composti con i polimeri ospiti per creare compositi polimerici sfusi.

I ricercatori di Akron stanno collaborando con sperimentalisti di una coppia di aziende con sede nell'Ohio, Zyvex Technologies e PolyOne Corporation, per condurre questa ricerca. I ricercatori ritengono che la loro ricerca fornirà all'industria indicazioni e spiegazioni teoriche per aiutare nello sviluppo di molecole di legame e materiali compositi a valore aggiunto per il settore automobilistico, applicazioni nel settore navale e aerospaziale.

"Con la ricca storia manifatturiera di questo stato, materiali avanzati è una scelta naturale per il personale e le risorse dell'Ohio Supercomputer Center, " ha osservato Ashok Krishnamurthy, co-direttore esecutivo ad interim di OSC. "La ricerca sui nanotubi di carbonio del Dr. Jana è estremamente adatta per i nostri sistemi e ha un grande potenziale per contribuire a rafforzare la reputazione dell'industria dell'Ohio come competitiva all'avanguardia".

I sistemi OSC sono particolarmente adatti per applicazioni di ricerca industriale. Il centro ha creato nel 2004 il programma Blue Collar Computing™, riconosciuto a livello internazionale, per promuovere l'uso del supercalcolo da parte dell'industria. Accesso a potenti modelli, le risorse di simulazione e analisi forniscono alle aziende un vantaggio competitivo attraverso processi di produzione migliorati che possono ridurre i tempi, manodopera e costi necessari per portare i prodotti sul mercato. Nell'anno fiscale 2011, l'industria ha consumato quasi 1,5 milioni di ore di CPU sul cluster Glenn IBM 1350 Opteron di punta di OSC.