Nanocompositi bioispirati: la natura ci insegna come costruire materiali sostenibili super-resistenti

Un team internazionale sta indagando le infinite proprietà dei materiali naturali a scala atomica per arrivare a produrre nanocompositi bioispirati capaci di abbinare efficienza a sostenibilità

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via depositphotos.com

Tra le componenti naturali più ispiratrici c’è la cheratina, una proteina incredibilmente versatile

(Rinnovabili.it) – Dalle super robuste scaglie del pandolino, alle piume dei pavoni, dai nidi delle termiti ai funghi. La natura è una fonte di ispirazione unica in tema di ingegneria dei materiali. Lo sa bene il team internazionale di ricercatori che sta approfondendo il tema dei nanocompositi biosipirati, per arrivare a definire una nuova tipologia di materiali da costruzione, ma non solo, resistenti, sostenibili, riciclabili e dalle prestazioni uniche.

Ancora oggi, la natura rende le cose molto più semplici e intelligenti di quello che possiamo fare sinteticamente in laboratorio“, ha affermato Dhriti Nepal, primo autore e ingegnere dei materiali di ricerca presso l’Air Force Research Laboratory in Ohio. Nepal insieme a Vladimir Tsukruk del Georgia Institute of Technology e Hendrik Heinz dell’Università del Colorado Boulder si stanno occupando dell’interessante analisi pubblicata ieri sulla rivista Nature Materials.

La differenza tra i nanocompositi bioispirati e le soluzioni offerte dalla natura è nella composizione molecolare. Mentre la natura “progetta” i propri materiali csfruttando spesso diversi tipi di proteine o altri composti su scale incredibilente piccole. I materiali prodotti dagli uomini sono quasi sempre monocomponenti uniformi, come i mattoni, le plastiche, i metalli.

L’obiettivo della ricerca è proprio quello di scendere di scala, passando ad un livello atomico ed elaborare nanomateriali complessi, ma potenzialmente scalabili.

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E quello che abbiamo imparato dalla natura è che è necessaria un’organizzazione molto più complessa e sostenibile per creare nuovi materiali bio-ispirati per applicazioni avanzate nel prossimo futuro”. Ovviamente la strada è tutta in salita. Per ora ci si sta concentrando nella simulazione computerizzata in scala atomica, per arrivare un giorno a produrre materiali che migliorino ad esempio la produzione energetica rinnovabile, o che possano sostituire i componenti edilizi più inquinanti come il cemento, o che siano estremamente resistenti nonostante l’incredibile sostenibilità.

Nanocompositi bioispirati…alla magia della cheratina

Tra i componenti naturali analizzati da Nepal, Tsukruk, Heinz, il primo posto è sicuramente occupato dalla cheratina, uno dei “mattoni più adattabili della natura”.

Questa semplice proteina è in grado di unirsi in strutture capaci di produrre i più disparati risultati: le unghie o icorni dei rinoceronti, gli aculei dei porcospini o le squame dei pangolini.

Ciò che cambia è la struttura gerarchica, ovvero ciò a cui i ricercatori vogliono ispirarsi per riprodurre nanocompositi bioispirati. Nelle scaglie del pangolino, la struttura della cheratina è ondulata, rendendo questo materiale praticamente impossibile da spezzare. Nelle piume del pavone invece la cheratina si mescola alla melanina rendendo esteticamente bello, un elemento altrettanto resistente. Applicazioni di questo tipo sarebbero di grande aiuto al mondo dell’Architettura, producendo materiali di qualità e sostenibilità. “Se impariamo dalla natura, possiamo trovare alternative a molti attuali processi di produzione ad alta intensità energetica o sostanze chimiche pericolose”, ha concluso Heinz.

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