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Materiali leggeri e porosi pronti a giovare a numerose applicazioni

Dal fornire un trattamento ed esiti migliori nell’assistenza sanitaria al promuovere la sostenibilità riducendo le impronte di carbonio e limitando il consumo di materie prime, il progetto NanoGrow, finanziato dall’UE, sta aiutando i materiali avanzati a realizzare pienamente il loro potenziale.
Materiali leggeri e porosi pronti a giovare a numerose applicazioni
Anche se è comunemente accettato il fatto che i materiali avanzati siano una tecnologia abilitante chiave, essi devono essere prima sviluppati del tutto. In quest’ambito, il progetto NanoGrow ha sviluppato una nuova strategia per produrre materiali avanzati leggeri e altamente porosi che presentano una struttura dei pori, proprietà meccaniche e funzionalità aggiuntive controllate.

Per sviluppare questo materiale, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica per far «crescere» nanocompositi polimerici come rivestimenti uniformi sopra substrati porosi, quali ad esempio schiume a cellule aperte. Il rivestimento è stato depositato usando un assemblaggio strato per strato, che deposita sequenzialmente sottili strati di materiali alternati. «Utilizzando questa tecnica per depositare strati alternati di nanoargilla e polimero, abbiamo creato nanocompositi altamente rinforzati che hanno una struttura come quella di un muro in malta e mattoni, in aggiunta a resistenza e rigidità meccanica elevate», afferma il ricercatore del progetto Andrew Hamilton.

I ricercatori hanno anche studiato l’utilizzo della sollecitazione meccanica quale parametro di lavorazione per dirigere il deposito di rivestimenti più spessi in regioni sottoposte a un carico maggiore. «Adattando i parametri di spessore, composizione e lavorazione dei rivestimenti, abbiamo prodotto materiali su misura adatti per l’utilizzo con un’ampia gamma di applicazioni mirate, tra cui materiali impalcatura porosi per ingegneria tissutale e strutture porose leggere per applicazioni aerospaziali e nei trasporti», sostiene Hamilton.

Materiali avanzati, applicazioni pratiche

Nell’assistenza sanitaria, i materiali porosi sviluppati da NanoGrow sono utilizzati come impalcature tissutali ingegnerizzate che riparano danni estesi, troppo grandi da affrontare per il naturale processo di guarigione. Per esempio, nella nostra struttura ossea, tali difetti di dimensioni critiche possono essere causati da lesioni traumatiche o quando si effettua la resezione chirurgica di tumori ossei. In questi casi, i materiali impalcatura sono utilizzati come sostituto per l’osso danneggiato e per guidare il processo di guarigione.

«Il materiale impalcatura deve fornire una sufficiente porosità al fine di consentire alle cellule di migrare nella struttura, dove si attaccano, crescono e depositano nuovo osso, ma dovrebbero fornire anche un sufficiente supporto meccanico al tessuto in via di guarigione e, il più possibile, consentire una funzionalità e un’attività normali», afferma Hamilton. «Le elevate proprietà meccaniche dei nanocompositi con struttura simile a un muro di malta e mattoni utilizzati in NanoGrow aiutano a ottenere combinazioni con porosità e proprietà meccaniche superiori a quelle che si possono ottenere con i tradizionali materiali impalcatura porosi».

Secondo Hamilton, la combinazione di alta porosità ed elevate proprietà meccaniche può anche migliorare l’efficienza in applicazioni in cui il peso è fondamentale, come per esempio aeroplani e veicoli spaziali. «In questo caso, il fatto di fornire un livello prefissato di supporto meccanico in una parte particolare utilizzando materiali con date proprietà meccaniche e alta porosità (e pertanto peso inferiore) può migliorare il rendimento del combustibile e l’autonomia, riducendo al contempo il consumo di carburante e le emissioni di CO2», egli afferma.

Continuare a crescere

Il progetto NanoGrow ha creato con successo nuovi sistemi di materiali e tecniche di fabbricazione con il potenziale di promuovere ulteriori innovazioni. Anche se il progetto si è adesso concluso, Hamilton sostiene che molti dei ricercatori di NanoGrow continuano a far progredire le tecniche e i sistemi di materiali sviluppati durante il progetto. «Sono orgoglioso che i ricercatori che hanno lavorato su NanoGrow continuino a utilizzare tecniche e idee generate da questo progetto nel lavoro che stanno conducendo in nuovi ruoli di ricerca», aggiunge.

Argomenti

Life Sciences

Keywords

NanoGrow, materiali avanzati, nanomateriali, nanocompositi, materiali porosi