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Orientamento

IN LABORATORIO: I MATERIALI COMPOSITI FUNZIONALI

L'esperienza di Giulia Fredi dottoranda presso il dipartimento di ingegneria industriale

29 marzo 2017
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IN LABORATORIO: I MATERIALI COMPOSITI FUNZIONALI
di Giulia Fredi
dottoranda della Scuola di dottorato in Materiali, Meccatronica e Ingegneria dei Sistemi del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento.

In questo articolo ci spiega il suo lavoro all’interno del Laboratorio di Polimeri e Compositi ed in particolare delle attività che segue relative sviluppo di nuovi materiali compositi multifunzionali che assorbono e rilasciano energia termica. 

Che cosa sono i materiali compositi?
Un materiale composito è un materiale formato da più componenti con caratteristiche diverse, la cui combinazione risulta in un materiale nuovo con proprietà finali diverse dai materiali di partenza. Avete presente le biciclette “in fibra di carbonio”? Il materiale di cui è fatto il telaio di queste bici è un composito, costituito da due materiali principali: le fibre di carbonio vere e proprie, che danno resistenza meccanica e rigidezza, e una matrice polimerica che tiene insieme le fibre, le riveste e le protegge dall’ambiente esterno. Il materiale risultante è leggero e resistente, perfetto per l’applicazione. I materiali compositi come questo, per le loro notevoli proprietà meccaniche, vengono chiamati compositi strutturali, e oggi sono sempre più impiegati in applicazioni di alta tecnologia come l’industria automobilistica, la produzione di energia, il settore aeronautico e aerospaziale.

Perché multifunzionali?
E qui arriviamo alla mia parte preferita. Spesso non ci si accontenta che questi materiali compositi dalle prestazioni elevatissime facciano bene una cosa sola: devono essere in grado di svolgere più funzioni contemporaneamente. Essere multitasking, insomma. Ad esempio, durante la mia tesi di laurea magistrale ho lavorato con un gruppo di ricerca svedese al progetto di una batteria strutturale, un materiale composito con alta resistenza meccanica e in grado di immagazzinare e rilasciare energia elettrochimica, proprio come una batteria. Pensate a quanto sarebbe utile se la cover del telefono o del PC fosse anche la batteria, o se la batteria di un’auto elettrica potesse essere incorporata nel cofano e nelle portiere. Lavorando alla tesi, sono rimasta affascinata dal concetto di materiale multifunzionale, e così ho orientato anche il mio dottorato su questo tema, ma su materiali molto diversi dalle batterie strutturali. Infatti, il bello è che puoi progettare il tuo materiale per impartirgli qualsiasi combinazione di proprietà. In particolare, i compositi su cui si concentra la mia attuale ricerca devono da un lato avere elevate proprietà meccaniche, dall’altro devono essere in grado di assorbire e rilasciare calore.

L’assorbimento e rilascio di energia termica, in cosa consiste?
L’assorbimento di energia termica (in inglese thermal energy storage, TES) consiste nell’immagazzinare calore in eccesso per poi rilasciarlo dove e quando serve. Le tecnologie TES si usano per stivare il calore del sole durante il giorno per rilasciarlo di notte, o per recuperare il calore residuo prodotto dalle industrie ed evitare di disperderlo nell’ambiente. Esistono vari modi per accumulare calore: quello più efficace e più diffuso sfrutta dei materiali, come le cere paraffiniche, che assorbono molto calore durante la fusione e lo rilasciano quando solidificano, comportandosi come un serbatoio di calore a temperatura costante.

Ecco, nel mio dottorato sto lavorando per integrare questi materiali nei compositi strutturali di cui ho parlato prima, per ottenere nuovi compositi multifunzionali. Materiali del genere potranno essere usati per aumentare il comfort termico di autoveicoli in composito, per costruire pale eoliche con proprietà antigelo, o per evitare il surriscaldamento di componenti elettronici. Così, quando il telefono si surriscalda, il calore prodotto viene tutto immagazzinato nella cover in composito strutturale TES contenente un materiale che fonde a 50°C, invece che friggerti il processore.