3 materiali innovativi che ridono in faccia alla fisica

Il mio interesse perverso per i materiali non convenzionali è sconfinato. Oggi ve ne mostrerò tre molto particolari che trovano, e troveranno, diverse applicazioni in numerosi campi della scienza e dell'ingegneria.

Ferrofluido

I ferrofluidi sono quei materiali composti da particelle ferromagnetiche immerse in un liquido che può essere semplice acqua o olio, che quindi risentono dei campi magnetici in prossimità dei quali vengono posti. Le particelle infatti, magnetizzate, si allineano lungo le linee di forza del campo creando "disegni" di notevole complessità. Tuttavia va detto che i ferrofluidi veri sono molto difficili da realizzare poichè implicano una stabilità chimica che non sempre è garantita. Per propria natura infatti le particelle (che hanno un diametro di circa 10 nm) tendono ad agglomerarsi facendo perdere alla soluzione così creata le caratteristiche che la rendono così affascinante.

Applicazioni

Attualmente i ferrofluidi sono utilizzati principalmente come sigillanti liquidi intorno agli assi di rotazione dei nostri Hard Disk e negli altoparlanti. Inoltre possiedono notevoli caratteristiche di riduzione dell'attrito e perciò vengono utilizzati anche come lubrificanti. Non mancano però le applicazioni più estreme legate al mondo militare e aerospaziale.  In particolare la NASA sta portando avanti dei progetti che prevedono l'utilizzo di ferrofluidi come stabilizzatori di volo per le loro caratteristiche "cangianti" che verrebbero sfruttate per modificare il momento angolare del corpo a cui verrebbero applicati, facendolo ruotare.

Ferrofluidi in casa

Ebbene sì: moltissimi oggetti che comunemente si trovano nelle nostre case hanno tutte le carte in regola per comporre la materia prima di un ferrofluido molto rudimentale. Vediamo qualche esempio:

• Particelle magnetiche di toner di stampanti laser
• Maglie di lane d'acciaio (quelle per lavare i piatti) bruciate e poi passate al mortaio
• Nastri delle gloriose videocassette (VHS) che ci hanno fatto sognare con i film d'animazione della Disney, raschiati o bruciati producono particelle magnetiche di ottima qualità
• Particelle separate dalla sabbia con un normale magnete

Utilizzando un rapporto di 1:1 di particelle e olio si ottiene un discreto ferrofluido che però sarà soggetto a problemi di agglomerazione. Nei ferrofluidi "professionali" questi problemi vengono risolti con  l'utilizzo di particolari emulsionanti e con temperature molto elevate che favoriscono l'agitazione delle particelle.

Aerogel

Chiamato anche Fumo Solido, l'Aerogel è un colloide formato al 99,8% da aria e dallo 0,2% da diossido di silice, il principale componente del vetro. Il materiale in questione è la sostanza solida meno densa (e quindi più leggera) che esista al mondo. Tuttavia grazie alla sua struttura interna che segue uno schema frattale l'Aerogel è un materiale molto resistente e può sopportare pesi superiori superiori a 4000 volte il suo. Inoltre, com'era prevedibile, essendo composto quasi totalmente da aria è un ottimo isolante termico, ma questa proprietà va a degradare se l'Aerogel viene sintetizzato con materiali diversi dal diossido di silice. Se infatti viene utilizzato un metallo aumenterà la sua capacità di condurre il calore. Nel caso invece dell'Aerogel di carbonio, avremo un ottimo isolante per l'irraggiamento di calore in virtù delle capacità di assorbimento di determinate lunghezze d'onda del carbonio.

Applicazioni

Il pensiero va immediatamente al suo utilizzo come isolante termico per abbattere i costi delle bollette e l'inquinamento. In effetti ci sono delle ricerche in corso (sempre della NASA) che progettano la produzione di Aeroglel in condizioni di vuoto. E' stato infatti dimostrato che nel vuoto si riesce a produrre un Aerogel estremamente trasparente che potrebbe benissimo usato per la coibentazione delle finestre. Inoltre, sempre la NASA (XD!) sulla sonda Stardust ha utilizzato l'Aerogel per raccogliere materiale interstellare grazie alla sua struttura cava.

Alluminio trasparente

Proprio così, se state pensando che l'alluminio trasparente sia soltanto un materiale riservato per il quarto episodio di Star Trek, vi sbagliate di grosso. Nel 2009 infatti, a Oxford, un gruppo di ricercatori ha annunciato la creazione non cinematografica di questo fantastico composto. No, non è alchimia, chimicamente l'alluminio rimane alluminio: viene soltanto bombardato con impulsi laser fino a fargli perdere elettroni, conservando però la sua struttura interna. Così Justin Wark, a capo del progetto che ha portato alla realizzazione dell'alluminio trasparente commenta il risultato:

Abbiamo creato uno stato di materia completamente nuovo, che nessuno ha mai visto prima”, ha affermato il Professor Justin Wark, del dipartimento di fisca dell’università di Oxford. E continua: “l’alluminio trasparente è solo l’inizio. Le proprietà fisiche della materia che stiamo creando sono connesse con le condizioni che si trovano all’interno dei pianeti più grandi, e noi speriamo che studiandolo potremo comprendere meglio cosa accade durante la nascita delle stelle più piccole, create da implosioni laser di elevata potenza

Applicazioni

E' evidente che gli usi di questa fantastica variante dell'alluminio sono molteplici: dagli usi militari con armi trasparenti per non ostacolare la vista dei soldati, agli aspetti più geek con la creazione di automobili trasparenti molto luminose (e un po' pacchiane in effetti). Ma in fondo, perchè non usare dell'alluminio trasparente anche per avvolgere il panino che la nostra mamma ci da come spuntino per la scuola? Sarebbe un panino estremamente tecnologico: il più tecnologico dalla prima panificazione!

Conclusioni

Che siano prodotti per puro divertimento o che abbiano effettivamente un'utilità pratica i materiali innovativi vanno certamente studiati e ricercati, molto può venire da questo settore in materia di compatibilità e di sostenibilità ambientale.