Verso la fine del XX secolo, la ricerca scientifica e tecnologica, portò alla sperimentazione e alla commercializzazione di nuove tipologie di materiali che, mostravano proprietà superiori. Ne sono un esempio i materiali compositi, derivati da almeno due componenti chimicamente diversi. La tecnologia più evoluta è rappresentata dai nanomateriali, generati dalla manipolazione della materia fino ad un livello estremamente fine caratterizzati da proprietà nuove e inusuali, ancora tutte da scoprire.

Scienza ed Ingegneria dei materiali sono discipline recenti, che danno risposta alla crescente domanda di nuovi prodotti, dotati di proprietà mirate e compatibili con Lo sviluppo della società moderna.

I materiali compositi I compositi sono materiali che derivano dalla combinazione di almeno due componenti chimicamente diversi e dotati di proprietà differenti. In generale, presentano caratteristiche di elevata resistenza e leggerezza. Alcuni compositi risultano dal mescolamento dei singoli costituenti (compositi a matrice); altri sono formati da due o più materiali, collegati tra loro mediante un terzo materiale (compositi stratificati). Gli elementi essenziali di un composito: • Matrice Matrix: garantisce la coesione tra le fibre. • Fibre di rinforzo Reinforcement fibers: hanno lo scopo di aumentare la resistenza. Modello in silicone per la fabbricazione di una matrice in nichel per scarpe. • Additivi Additives: l’aggiunta di additivi conferis- sce al materiale caratteristiche specifiche.

I materiali compositi I compositi più diffusi sono riconducibili a tre grandi famiglie: fibre di carbonio, aramidiche e di vetro. La fibra di carbonio (carbon fiber) è costituita da sottili filamenti di carbonio che hanno la struttura della grafite (carbonio puro). Grazie alla sua elevata resistenza meccanica, la fibra di carbonio è utilizzata come rinforzo per vari materiali. Vele in fibra di carbonio e poliestere.

I materiali compositi 1. Kevlar Il kevlar è una fibra polimerica sintetizzata nel 1965 e riunisce caratteristiche di elevata resistenza e di leggerezza. Viene utilizzato nei materiali compositi con le matrici polimeriche, alle quali viene incorporato, ottenendo un materiale ad alte prestazioni ed estremamente leggero. 2. Nomex La fibra nomex è stata commercializzata a metà degli anni Sessanta. È disponibile in fiocco, filati, strutture laminari e cartoni. Presenta una resistenza stupefacente al calore e alla fiamma ed eccellenti caratteristiche di isolamento elettrico. E’ adatta a una vasta gamma di applicazioni come indumenti protettivi , per la filtrazione di gas caldi, per isolamento elettrico e come struttura a nido d’ape, per materiali compositi.

I materiali compositi Le fibre di vetro possono essere lunghe e continue o corte, in relazione all’uso cui sono destinate. Si trovano in commercio indicate dalle sigle: • E (Electrical) glass (vetro) con ottimo potere isolante, discreto grado di resistenza; • C (Corrosion) glass con ottima resistenza alla corrosione da agenti chimici; • S (Silica) glass ad alto contenuto in silicio e ottima resistenza alle alte temperature.

Le nanotecnologie In anni recenti è stato possibile spingersi a manipolare la materia ad un livello estremamente fine (con tolleranze inferiori al decimilionesimo di metro), realizzando materiali, prodotti, dispositivi caratterizzati da proprietà nuove e inusuali: questo è il campo delle cosiddette nanotecnolgie. (nanometro = miliardesimo di millimetro). a. Le nanotecnologie della natura Lo studio della natura è spesso fonte di idee per gli scienziati che si occupano di nanotecnologie. L’effetto loto L’effetto loto è sfruttato in una gamma di prodotti (rivestimenti, pitture per esterni, trattamenti superficiali) destinati a rendere le superfici trattate autopulenti o impermeabili.

Le nanotecnologie 2. Il geco 3. Dentifrici alle nanotech I polpastrelli delle zampe del geco sono ricoperti di sottilissime setole (circa mezzo milione per ogni zampa) che terminano con una serie di minuscoli cuscinetti che si dispongano a distanze nanometriche e generano forze elettrostatiche debolissime che però sono moltiplicate per milioni di punti di aderenza. 3. Dentifrici alle nanotech La biomineralizzazione è il processo mediante il quale gli organismi viventi formano materiali compositi (es. madreperla). Lo studio di questo processo ha permesso la produzione di dentrifici con aggiunta di nanoparticelle di fosfato di calcio che rivestono i denti con materiale rimineralizzato.

I materiali che cambieranno il nostro futuro Le nanotecnologie e gli utilizzi di nanoparticelle stanno assumendo sempre più un ruolo trainante nello sviluppo scientifico e tecnologico e si ipotizzano scenari estremamente innovativi e affascinanti in molteplici settori. É importante, però, non farsi cogliere impreparati anche dal punto di vista tossicologico, per garantire la dovuta tutela della salute dell’uomo e dell’ambiente. In generale, per i prossimi anni si prevede l’introduzione di: a. Celle solari in materiale flessibile: avremo pannelli solari su qualsiasi Superficie. b. Vernici luminose a base di led organici (al carbonio) in certe condizioni ambientali le superfici degli oggetti, trattate con nanoparticelle, cambiano colore ed emettono radiazioni luminose. c. Televisori a cristalli fotonici: lo schermo sarà grande quanto vogliamo, sottile, flessibile e trasparente.

d. Nanocomputer quantistico: grande quanto un palmare ma cento volte più potente. e. Tessuti cangianti e impermeabili: leggeri, assolutamente idrorepellenti che possono, cambiare colore. f. Pneumatici con nanoparticelle nelle mescole: saranno molto più resistenti e duraturi. g. Nuovi farmaci antitumorali: le nanoparticelle fungeranno da veicoli dei farmaci, per colpire le cellule malate a livello molecolare. h. .................... (ogni giorno appaiono nuovi prodotti, studi e sperimentazioni).