La purezza del loto ispira gli scienziati: nasce la «foglia artificiale», nanomateriale intelligente e idrorepellente

Nicola Pugno, ordinario di Scienza delle Costruzioni al Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e meccanica dell'Ateneo di Trento

A volte il segreto delle scoperte scientifiche più promettenti va ricercato negli elementi semplici, presenti in natura. Una foglia di loto, ad esempio, ha ispirato il lavoro di un gruppo internazionale di ricercatori di ingegneria dei materiali, che hanno tentato di ricreare in laboratorio una delle caratteristiche più sorprendenti e utili di questa famosa pianta acquatica. La foglia del loto, infatti, ha una struttura particolare che la rende estremamente idrofoba (idrorepellente) e che la mantiene costantemente pulita e protetta. Una qualità che è molto richiesta anche in ambito industriale, ad esempio, per lo sviluppo di nanomateriali bio-ispirati per l'auto-pulizia e l'anti-adesività.

Tuttavia, il loto non ha una idrofobia controllabile: la sfida della ricerca è quindi quella di ricreare un materiale che possa avere un comportamento modificabile e "intelligente" per adattarlo ad applicazioni molto diverse: dai sistemi elettronici flessibili e trasparenti di ultima generazione fino alla nanomedicina. La sfida è stata raccolta da un gruppo di ricerca internazionale che nasce dalla collaborazione stretta fra la Duke University, il Mit e l'Università di Trento, con l'esperienza del professor Nicola Pugno, già fondatore del Laboratory of Bio-Inspired Nanomechanics e da poco in forza all'ateneo di Trento.

Il risultato è la scoperta di un nuovo nano materiale intelligente ispirato alla natura. Conduttivo, flessibile, trasparente e idrorepellente, a comando, servirà per applicazioni di nanoingegneria industriale, dall'elettronica flessibile alla nanomedicina. Il materiale è stato creato, dunque, dai ricercatori della Duke University, del Mit di Boston insieme a Nicola Pugno dell'Universitàdi Trento. "Stropicciando" un foglio di grafene e accoppiandolo ad un substrato polimerico, è nato il nuovo materiale. Il lavoro, finanziato anche dall'European Research Council è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale ''Nature Materials''.

Così, dall'osservazione delle foglie del loto, i ricercatori, attraverso calcoli di nanomeccanica e simulazioni atomistiche, sono riusciti a ricreare in laboratorio una "foglia artificiale" multifunzionale a base di grafene, un materiale intrinsecamente molto rigido e resistente.
Un foglio di grafene (singolo strato di atomi di carbonio) è stato "stropicciato" e fatto aderire a un substrato di materiale polimerico estremamente cedevole. Il substrato è stato poi tensionato meccanicamente e, di conseguenza, la topologia superficiale (responsabile di moltissime proprietà meccaniche e fisiche) del foglio di grafene ha cambiato aspetto: da stropicciata a liscia.

In questo modo i ricercatori sono riusciti a realizzare una superficie multifunzionale intelligente che, ad esempio, può passare dall'essere super-idrofoba a idrofila, proprio grazie a questo effetto topologico.
«La foglia artificiale che abbiamo creato - spiega Nicola Pugno, ordinario di Scienza delle Costruzioni al Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e meccanica dell'Ateneo di Trento - è anche conduttiva e conserva la possibilità di deformazioni estreme senza rottura. Una caratteristica fondamentale, ad esempio, per lo sviluppo di sistemi elettronici flessibili di prossima generazione». «In più la foglia realizzata - sottolinea Pugno - è trasparente, con trasparenza anch'essa controllabile. Questo comportamento multifunzionale intelligente è reversibile grazie alla robustezza del sistema, che quindi rimane funzionante per moltissimi cicli. Le applicazioni possono essere molteplici, anche grazie alla dimensione macroscopica del sistema. Per dare un'idea delle potenzialità di questa scoperta, è già stato realizzato come esempio un muscolo artificiale».

Lo studio "Multifunctionality and control of the crumpling and unfolding of large-area graphene" è disponibile sul sito web della rivista ''Nature Materials''.

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