Giocare a Lego con la chimica
Finanziato dall’Unione Europea all’Università di Trento un progetto sui materiali nanocompositi
di Sandra Dirè

Il 1° settembre 2002 è stato firmato a Bruxelles un contratto della durata di 48 mesi, nell’ambito del programma Improving Human Research Potential del Quinto Programma Quadro dell’Unione Europea, che vede la partecipazione del Dipartimento di Ingegneria dei materiali dell’Università di Trento. Il progetto appartiene alla tipologia dei Research Training Networks (RTN) ed ha quale obiettivo primario la promozione transnazionale della formazione di giovani ricercatori di alto livello scientifico. In questo progetto dal titolo New hybrid nanocomposites from functional nanobuilding blocks sono coinvolti sei gruppi di ricerca appartenenti a quattro Paesi europei: Italia, Francia, Germania e Repubblica Ceca.
Il progetto è rientrato nella quota del 28% dei progetti approvati dall’Unione Europea su un totale di 140 progetti RTN presentati nel panel di Fisica. Il successo di questa iniziativa è legato ad alcuni aspetti fondamentali: l’elevata competenza scientifica nel settore dei proponenti, la collaborazione e la sinergia in assenza di sovrapposizione fra i gruppi di ricerca oltre che la qualità scientifica, la chiarezza degli obiettivi, l’interesse tecnologico e gli aspetti di organizzazione-management del progetto presentato.
Oggetto di questa ricerca sono i nanocompositi ibridi organico-inorganici (O/I), una classe di materiali che ha trovato sviluppo particolamente nell’ultimo decennio grazie alle prestazioni dimostrate in alcune applicazioni, dovute al fatto che il materiale associa le proprietà tipiche di un ceramico - come durezza, refrattarietà, proprietà ottiche - a quelle di un polimero organico, ad esempio formabilità, proprietà chimiche e meccaniche.
Il comportamento “ibrido” è quindi la chiave di successo di questi materiali O/I che, infatti, hanno trovato ampio spazio nel campo dei dispositivi per l’ottica e la fotonica, come dielettrici nell’elettronica ed in genere nella produzione di rivestimenti funzionali su vetri e plastiche come film antigraffio e ricoprimenti antifog-antidust. La presenza sul mercato dei materiali O/I è in genere sconosciuta al pubblico, ma le grandi aziende impiegano questi materiali per migliorare le prestazioni anche di oggetti comuni come schermi di televisori, ferri da stiro, parti di carrozzeria delle auto, carte magnetiche, maschere cosmetiche.
Le proprietà dei nanocompositi, materiali cioè dove la materia è organizzata in domini di dimensioni dell’ordine dei nanometri (10-9 m), dipendono dalla geometria e dall’organizzazione dei nano-oggetti chimici che li compongono. Il materiale nanocomposito O/I si può pensare come una costruzione ottenuta dall’assemblaggio di nano-oggetti, i nano-building blocks per l’appunto, che possono essere assimilati alle tesserine del Lego, il popolare gioco dei bambini. Da qui una divertente definizione data a questa tecnica di produzione dei materiali, la Lego- Chemistry !
Che tipo di ricercatore è necessario per sviluppare nuovi materiali O/I usando la Lego-Chemistry ? Serve una figura, attualmente inesistente, che sia in grado di coniugare mentalità e tecniche di sintesi tipiche di mondi scientifici storicamente lontani e separati, un ricercatore cioè con una formazione multidisciplinare in grado di acquisire il meglio della scienza delle macromolecole e della chimica inorganica dei materiali, oltre alla fisica ed alla scienza di materiali. Questo progetto si pone quindi la sfida di formare ricercatori ad hoc per la sintesi, la caratterizzazione e lo sfruttamento tecnologico dei materiali del futuro, usando lo strumento della collaborazione tra gruppi di eccellenza nel campo della scienza dei polimeri (Lyon, Dresden e Praha) e della scienza dei materiali inorganici, in particolari dei materiali sol-gel (Paris, Wuerzburg, Trento).
Fin dalla nascita a Trento negli anni ’80 del Dipartimento di Ingegneria dei materiali, nel Laboratorio di Ceramurgia sotto la guida del professor Giovanni Carturan si è sviluppato il gruppo di ricerca sui materiali sol-gel che, nel corso degli anni, è diventato un punto di riferimento di questo settore. In particolare, dal 1990 la collaborazione con il gruppo di Parigi coordinato da Jacques Livage, da poco chiamato a far parte del prestigioso Collège de France, ha portato a grande sviluppo la linea di ricerca sui materiali ibridi O/I. Responsabile del progetto di ricerca sugli ibridi è Sandra Dirè che collabora da più di un decennio con il gruppo di Parigi ed in particolare con Florence Babonneau e Clement Sanchez, due fra i più noti ricercatori della comunità sol-gel internazionale.
La valutazione dell’UE sul progetto ha messo in luce non solo le competenze delle singole unità di ricerca e la disponibilità di un ricchissimo parco strumentale per la caratterizzazione dei materiali O/I, ma anche l’organizzazione del progetto in temi, ognuno dei quali coordinato da uno dei partners. Ad esempio, Sandra Dirè sarà coordinatrice della ricerca sulle proprietà fisiche dei nanocompositi, in quanto nel gruppo di Trento sono presenti ricercatori di consolidata esperienza nello studio delle proprietà meccaniche dei materiali come Vincenzo Sglavo, del Laboratorio di Ceramurgia e nella determinazione delle proprietà ottiche e fotoniche, grazie alla partecipazione di Maurizio Ferrari, del Centro di Fisica degli Stati Aggregati del CNR di Trento. Infatti, al termine dei quattro anni previsti per questo progetto, lo scopo da raggiungere sarà anche la preparazione su scala semi-industriale di nuovi materiali con controllo della morfologia e dell’architettura e ben definite relazioni composizione/struttura/proprietà per applicazioni strutturali, adesivi, film per ottica, telecomunicazioni, packaging.
A fronte di questi ambiziosi obiettivi, l’UE ha concesso un finanziamento di 1.198.000 Euro che saranno impiegati per la ricerca e, in misura maggiore, per l’addestramento dei giovani ricercatori PhD e post-doc. È prevista l’attribuzione di contratti per un totale di 196 mesi-persona a giovani ricercatori europei, ovvero 2 PhD e 8 post doc; fra questi, dall’unità di Trento verranno attribuiti contratti a 2 giovani ricercatori post-doc per un totale di 32 mesi. Una delle idee fondamentali dei progetti RTN è favorire l’accrescimento del potenziale culturale e scientifico dell’Unione insistendo sulla mobilità dei giovani e l’inserimento più sostanziale delle donne nel mondo della ricerca e dello sviluppo: a Trento, sono arrivate da tutta Europa più di venti richieste per la prima posizione post-doc, la gran parte delle quali da ricercatrici. Un buon inizio!

 

Progetto: New hybrid nanocomposites from functional nanobuilding blocks Coordinatore: Institut National des Sciences Apliquées de Lyon, Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires, Lyon, France Partners: • Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France • Institute of Macromolecular Chemistry, Academy of Sciences, Praha, Czech Republic • Institut für Polymerforschung, Dresden, Deutschland • Fraunhofer-Institut für Silicatforschung, Wuerzburg, Deutschland • Laboratorio di Ceramurgia - Dipartimento di Ingegneria dei materiali, Trento, Italia

Nella foto sotto a sinistra: la dottoressa Najiba Douja nel Laboratorio di Ceramurgia del Dipartimento di Ingegneria dei materiali.
al centro rappresentazione grafica: Processing organic-inorganic nanocomposites