Nanomateriali, il futuro è nelle piccole dimensioni

Nati dall’applicazione della scienza dei materiali alla nanotecnologia, stanno rivoluzionando numerosi settori, dalla robotica alla cosmetica. Si tratta dei nanomateriali, elementi o sostanze chimiche che vengono manipolati su scala molto piccola per sviluppare caratteristiche innovative come, ad esempio, una maggiore forza o conduttività. Secondo l’Agenzia europea delle sostanze chimiche (Echa), rientrano in questa categoria i materiali che hanno una struttura compresa fra 1 e 100 nanometri circa, per almeno una delle dimensioni. Dalle batterie ai rivestimenti, passando per gli indumenti antibatterici e i cosmetici, sono già molti i prodotti presenti sul mercato che contengono nanomateriali.

Caratteristiche diverse nella nanoscala - Lo sviluppo dei nanomateriali si basa sull’assunto che gli elementi, portati a dimensioni nanometriche, acquisiscono particolari proprietà chimico-fisiche differenti dai corrispondenti materiali convenzionali. Le ragioni vanno rintracciate nel cambiamento delle leggi della meccanica quantistica attive su questa scala e al fatto che la superficie assume un ruolo fondamentale. Per questa ragione le proprietà di uno specifico materiale possono essere progettate gestendo le dimensioni delle unità nanometriche che lo costituiscono. Questa scoperta ha innescato una vera e propria rivoluzione che ha consentito di poter agire sulle proprietà magnetiche ed elettriche o sulla temperatura di fusione, senza variare la composizione chimica del materiale.

Grafene e boro - Uno dei nanomateriali più famosi è il grafene che è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio con una struttura bidimensionale ultrasottile. È molto resistente e rigido, circa 100 volte più dell’acciaio, e presenta un’incredibile flessibilità oltre che una conducibilità elettrica superiore a qualunque altra sostanza. Ragioni che lo rendono un materiale molto versatile con numerose applicazioni. Nel gennaio del 2017, un gruppo di ricerca dell’Istituto di tecnologia del Massachusetts (Mit) è riuscito a comprimere piccoli fiocchi di grafene in specifiche forme geometriche. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science Advances, è il materiale più forte e il più leggero mai realizzato, che vanta una densità di appena il 5% dell'acciaio e una resistenza ben dieci volte superiore. Il grafene, però, non è l’unico nanomateriale dalle incredibili potenzialità. Recentemente un team di ricercatori della Rice University di Houston, negli Stati Uniti, ha pubblicato uno studio sulla rivista scientifica Journal of the American Chemical Society che illustra le proprietà sbalorditive del boro. Secondo gli studiosi, infatti, questo materiale disposto in catene unidimensionali di atomi è in grado di condurre elettricità senza resistenza, diventando un semiconduttore antiferromagnetico. Una caratteristica che apre ad applicazioni molto promettenti per le tecnologie dell’informazione.

Le applicazioni e i rischi - La tecnologia dei nanomateriali sta facendo dei passi da gigante sviluppando materiali in grado di rivoluzionare diversi settori. In cosmesi, ad esempio, i filtri solari prodotti da diossido di titanio e ossido di zinco sono risultati essere particolarmente efficaci nello schermare i raggi ultravioletti. Allo stesso tempo, sono stati sviluppati nanotubi di carbonio in grado di convertire velocemente la luce in elettricità o che permettono di migliorare incredibilmente le prestazioni dei computer attraverso processori più veloci e batterie che durano più a lungo. Accanto ai numerosi benefici che si possono trarre dalla scoperte e dallo sviluppo di questi materiali, però, ci sono dei possibili effetti dannosi che questi prodotti possono avere su ambiente e salute. Secondo l’Health and safety executive, l’ente pubblico britannico che si occupa di salute e sicurezza sui luoghi di lavoro, le piccole dimensioni delle nanoparticelle possano penetrare nell’organismo e nelle nostre cellule e perfino superare la barriera ematoencefalica, con conseguenze potenzialmente nocive per la nostra salute.