Dalla cintura nera in ju-jutsu al microscopio a forza atomica, Stefano Signetti svela i segreti del materiale più leggero al mondo

TRENTO. Nera, superlastica e idrorepellente, queste sono le caratteristiche dell'aerografite, il materiale più leggero al mondo pari a 0,2 milligrammi per centimetro cubo che risulta sei volte più leggero dell'aria e 75 volte più del polistirolo. 

Questo materiale, che deriva dalla grafene, è stato scoperto solo nel 2012 nei laboratori tedeschi delle università di Kiel e Amburgo e le sue applicazioni, soprattutto quando si cerca di coniugare leggerezza e resistenza sono sempre maggiori, basti pensare agli accumulatori di energia per automobili oppure e-bike, i dispositivi mobili, i componenti biocompatibili per applicazioni mediche, i filtri per la purificazione di aria, oli e acqua da impurità e inquinanti, senza dimenticare ovviamente l'utilizzo in campo aerospaziale, che vede l'Agenzia spaziala italiana in prima linea nell'usare questo materiale.  

Un passo in avanti nella comprensione della nanomeccanica dei singoli componenti strutturali dell’aerografite è svelato all'interno dello studio pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Communications al termine di un mix di esperimenti nanoscopici, modellazione analitica e simulazioni numeriche. 

A condurre la parte numerica dello studio è stato Stefano Signetti, cintura nera, secondo dan, di ju-jutsu e dottorando del gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica dell’Università di Trento che fa capo a Nicola Pugno, coordinatore del progetto, portato avanti in stretta collaborazione con i ricercatori delle università di Kiel, Amburgo e Lettonia. Un progetto finanziato nell’ambito del consorzio Graphene Flagship, il progetto di ricerca della Commissione Europea (programma Horizon 2020) che coinvolge complessivamente oltre 150 studiosi da 23 Paesi, con un finanziamento di un miliardo di euro.

"Merito di una struttura 3D ad alta porosità - dice Nicola Pugno - che permette di creare armature durature nel tempo, leggere e resistenti. Il segreto risiede nell’intreccio di tubi di carbonio di scala nanoscopica che compone l’aerografite. Molto però rimane ancora da conoscere su questo materiale e il mondo della ricerca scommette sulla concreta possibilità di migliorarne ulteriormente le prestazioni".

Le prove meccaniche, sperimentalmente eseguite con un microscopio a forza atomica, sono state interpretate anche con simulazioni numeriche. La modellazione ha permesso di osservare come i tetrapodi, di dimensioni e forme diverse, reagiscono dal punto di vista meccanico a diverse sollecitazioni (trazione e compressione) e a interazioni con altri tetrapodi nell’aerografite, ottenendo indicazioni preziose sul comportamento 'universale' dei tetrapodi. La conoscenza della meccanica del singolo 'mattone' è fondamentale per ottimizzare nuove aerografiti con proprietà meccaniche anche superiori alle attuali.

"Lo studio dell’Università di Trento - prosegue Pugno - riguarda principalmente la modellazione analitica e numerica della nanomeccanica dei singoli tetrapodi, che compongono l’aerografite. La loro particolare struttura tubulare conferisce un comportamento flessionale governato da un meccanismo di instabilità elastica del giunto di connessione dei bracci tubolari. Si comportano quindi come una sorta di 'cerniera elastica' su una struttura fortemente inflessa".