ENEA e Cnr sviluppano polimeri intelligenti per l’industria del futuro

ENEA e Cnr rafforzano la collaborazione nella ricerca sui materiali smart, sviluppando nuove soluzioni in grado di semplificarne la produzione e accelerarne l’impiego nei principali settori industriali. L’obiettivo è rendere questi materiali sempre più efficienti, versatili e facilmente integrabili nei processi produttivi, favorendo l’innovazione in comparti strategici come il biomedicale, la robotica, l’optoelettronica, la microingegneria e le scienze ambientali.

Il progetto è guidato da Giuseppe Nenna (in foto), ricercatore di ENEA, e da Lucia Petti del Cnr-ISASI, che hanno concentrato l’attività di ricerca su una particolare categoria di polimeri fotomobili (Photomobile Polymers – PMP), materiali intelligenti capaci di trasformare la luce in movimento meccanico controllato.

Cosa sono gli smart material

Gli smart material rappresentano una nuova generazione di materiali progettati per modificare le proprie caratteristiche fisiche in risposta a stimoli esterni quali temperatura, luce, pressione, campi elettrici o campi magnetici.

Questa capacità permette di realizzare prodotti dinamici e adattivi, destinati a trovare applicazione in numerosi settori industriali.

Nel comparto medicale, ad esempio, questi materiali vengono utilizzati nello sviluppo di pacemaker, protesi articolari e altri dispositivi impiantabili capaci di interagire con l’organismo adattando il proprio comportamento agli stimoli fisiologici.

Tra gli ambiti di maggiore interesse figurano anche gli idrogel intelligenti, materiali in grado di modificare struttura e volume in risposta a variazioni di temperatura, pH o campi elettrici, consentendo il rilascio controllato e mirato di farmaci.

La ricerca sui polimeri fotomobili

Il gruppo di ricerca di ENEA e Cnr-ISASI ha focalizzato l’attenzione sui Photomobile Polymers (PMP), una classe innovativa di materiali intelligenti che funziona come attuatore ottico.

Questi polimeri sono in grado di convertire l’energia luminosa in lavoro meccanico, deformandosi in modo controllato e reversibile quando vengono esposti a specifiche lunghezze d’onda della luce.

“Si tratta di materiali sensibili agli stimoli, che sono in grado di convertire l’energia luminosa in lavoro meccanico e che subiscono deformazioni controllate e reversibili quando vengono esposti a specifiche lunghezze d’onda della luce. Questi materiali offrono un’ampia gamma di potenziali applicazioni, che spaziano dall’optoelettronica alla microingegneria, dal settore biomedico fino alle scienze ambientali”, ha spiegato Giuseppe Nenna, ricercatore del Laboratorio Componenti e sistemi intelligenti per la manifattura del Dipartimento Sostenibilità di ENEA.

Nuove strategie per migliorare le prestazioni

Una delle caratteristiche principali dei polimeri fotomobili è la presenza di unità di azobenzene, considerate il principale elemento responsabile del movimento del materiale.

Per incrementarne l’efficienza, il team ha studiato la risposta fotomeccanica dei materiali, valutando aspetti quali l’angolo di flessione e la velocità di attuazione in differenti condizioni sperimentali.

Tra le soluzioni sviluppate figura la laminazione dei film PMP con uno strato di rame, tecnologia che migliora la distribuzione del calore e permette ai materiali di sopportare livelli più elevati di irraggiamento senza compromettere le prestazioni.

I ricercatori hanno inoltre incorporato nella matrice polimerica diverse tipologie di nanoparticelle, tra cui carbon black, ossido di zinco e nanocuboidi d’argento, capaci di attivare indirettamente l’azobenzene. Questa soluzione consente di aumentare l’efficienza del movimento e ridurre significativamente i tempi di risposta.

Applicazioni nella robotica morbida e nei sistemi adattivi

Gli ultimi risultati della ricerca sono stati presentati durante la Conferenza internazionale sulla scienza dei materiali e le nanotecnologie di Barcellona, dove il team ha illustrato nuove strategie capaci di ampliare la banda di lunghezze d’onda utilizzabile dai polimeri fotomobili.

L’obiettivo è rendere questi materiali utilizzabili anche attraverso la radiazione solare, aprendo la strada a soluzioni più semplici, sostenibili e facilmente scalabili.

“Alla recente Conferenza internazionale sulla scienza dei materiali e le nanotecnologie di Barcellona abbiamo presentato nuove strategie che permettono di allargare la banda di lunghezze d’onda utilizzabile dai polimeri fotomobili, in modo da renderli utilizzabili anche con la radiazione solare e da offrire una soluzione scalabile, destinata ad applicazioni nella soft robotics e nei sistemi adattivi”, conclude Nenna.