la Repubblica, 7 marzo 2018
Quel legno ha un’anima d’acciaio
Servirà per costruire aerei, palazzi e automobili Ed è solo uno dei rivoluzionari supermateriali su cui la scienza lavora. Ecco tutte le loro caratteristiche V estiti che controllano ventiquattr’ore al giorno la nostra salute, distruggono batteri e possono diventare più duri del diamante là dove subiscono un colpo. Ponti e strade che si autoriparano come organismi viventi, edifici che immagazzinano calore dal sole e lo restituiscono di notte. Il futuro dell’umanità passa attraverso i nuovi supermateriali studiati dalla scienza. Questi superpoteri, che arricchiranno sempre di più gli oggetti della vita quotidiana, derivano dai segreti dell’atomo: la materia, a livello nanometrico, mostra delle proprietà particolari e inusitate, che scienziati e tecnologi fanno emergere con processi innovativi. L’exploit più recente è il superlegno realizzato da ricercatori dell’University of Maryland: più forte del titanio e dell’acciaio, si ottiene rimuovendo dal legno parte della lignina e dell’emicellulosa, così da rendere meno rigide le membrane cellulari, e poi comprimendo il tutto a una temperatura di 100 gradi. Le cellule collassano, si formano nuovi legami tra le molecole di cellulosa e il legno diventa superforte: con un quinto dello spessore, è 12 volte più resistente del legno. E cinque strati fermano un proiettile. «Potrà essere usato ovunque oggi si usi l’acciaio», commenta Hu. «Dalle automobili, agli aeroplani fino ai grattacieli». I palazzi di legno, del resto, potrebbero essere l’unica soluzione sostenibile all’afflusso nelle città di oltre 2,5 miliardi di persone che l’Onu prevede entro il 2050. «Il superlegno è interessante come potenziale sostituto della fibra di carbonio che oggi usiamo per automobili e aerei ma non è ecosostenibile. Anche al di là del superlegno, l’infrastruttura del futuro dovrà essere come un organismo capace di perpetuarsi e provvedere a sé stesso», spiega Mark Miodownik, docente di scienza dei materiali allo University College di Londra e autore del saggio La sostanza delle cose. Storie incredibili dei materiali di cui è fatto il mondo ( Bollati Boringhieri). «Non potendo fare conto su sufficienti risorse economiche che ci consentano di mantenere in buono stato un numero elevato di infrastrutture, avremo sempre più bisogno di materiali autoriparanti». Il più recente è ispirato alla struttura a più strati della pelle umana e dei denti: «È formato da uno strato rigido che contiene ossido di grafene appoggiato su uno strato morbido di alcol polivinilico e acido tannico. Quando si produce una crepa nello strato rigido, basta un po’ d’acqua perché molecole dallo strato morbido migrino verso la crepa, ripristinando la superficie iniziale», spiega Ming Yang, ricercatore all’Harbin Institute of Technology. «Si può farne anche un uso domestico, come protezione per i mobili, anche se il futuro sono strade e ponti che “guariscono” con la pioggia».
L’ossido di grafene potrà anche salvare il mondo dalle crisi d’acqua del futuro. «È formidabile per dissalare l’acqua marina: per le sue proprietà lascia passare le molecole di H20 ma blocca gli ioni del cloro e del sodio», spiega Miodownik. «È un modo poco costoso di ricavare acqua potabile che potrebbe avere un grande impatto». Che il grafene – foglio di grafite dallo spessore di un atomo – fosse speciale, lo si era capito già dal 2004, quando Andrej Gejm e Kostya Novoselov lo isolarono. Ma ancora oggi promette nuovi prodigi che possono cambiarci la vita. «Ci permetterà di rendere dieci volte più performanti le batterie agli ioni di litio, che oggi offrono scarsa autonomia per le auto elettriche e sono troppo lente a ricaricarsi», osserva Vittorio Pellegrini, direttore dei Graphene Labs dell’Istituto italiano di tecnologia ( Iit). «Abbiamo già sviluppato un prototipo funzionante di batteria al silicio-grafene: questa combinazione di materiali riesce a immagazzinare con estrema efficacia gli ioni litio. L’abbiamo mostrato il primo marzo al Mobile World Congress di Barcellona e in aprile faremo parte del progetto europeo Graphene Flagship, che studierà la pre-industrializzazione di queste batterie: il traguardo è il 2020». Oltre a essere il materiale più sottile di sempre, il grafene è ottimo conduttore elettrico e termico e ultraresistente: Elisa Riedo della College University di New York ha scoperto qualche mese fa che due strati di grafene, in presenza di una forte pressione, come l’impatto di un proiettile, si fondono temporaneamente in un nuovo materiale, il “diamene”, più duro del diamante e poi ritornano nello stato iniziale. Ma siccome non si può chiedere a tutti i supermateriali di essere altrettanto duttili di natura, all’Iit si è riusciti a rendere polivalenti materiali più “neutri” come il cotone o la carta: «Impregniamo le loro fibre con polimeri biodegradabili che vanno a formare un rivestimento ripieno di nanoparticelle che aggiungono le proprietà desiderate. Ad esempio una maglietta di cotone può essere autopulente, grazie a nanoparticelle d’argento, trasportare segnali elettrici dal corpo verso sensori medici grazie alla conduttività del grafene, e al tempo stesso non bagnarsi, grazie a nanoparticelle idrorepellenti di cera», spiega Athanassia Athanassiou, responsabile dello Smart Materials Group dell’Iit. «La cera è poi preziosa come nano- componente speciale in mattoni “intelligenti” utili al risparmio energetico. Quelli che stiamo sviluppando con architetti di Barcellona sfruttano il cambiamento di stato della cera: di giorno, con il calore solare, si scioglie e di notte si risolidifica, rilasciando calore che il mattone dirige verso l’interno della casa attraverso nanocondutture metalliche».