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Le nanotecnologie applicate al campo aerospaziale. Un progetto dell’italiana 4ward360

Il potenziale della nanotecnologia è il nostro futuro. Un’azienda italiana, la 4ward360 fondata da Sabrina Zuccalà, è fra le più attive nella ricerca, nella produzione e nell’applicazione dei trattamenti in nanomateriali in vari settori che spaziano dal mondo della tutela artistica fino alla Difesa passando – con un nuovo lungimirante progetto che a breve sarà presentato in California – al campo aerospaziale.

L’industria aerospaziale, tra le diverse aree di applicazione delle nanotecnologie, è quella che ricava il guadagno maggiore dall’utilizzo di materiali e dispositivi nanotecnologici. L’alleggerimento del carico associato alle componenti dei velivoli aeronautici e spaziali, ottenuto mediante l’utilizzo di materiali compositi sempre più leggeri e resistenti, o dispositivi elettronici sempre più piccoli, permette di risparmiare notevoli quantità di carburante ed incrementare il payload. Così come l’introduzione di avanzati sistemi di produzione energetica, dal fotovoltaico al termoelettrico, consente di alimentare più a lungo e in modo sempre più consistente la necessaria strumentazione di bordo. La realizzazione di velivoli più veloci, più sicuri e più funzionali, obiettivo ultimo di questa branca dell’industria pesante, passa per l’impiego di soluzioni tanto piccole quanto dotate di grandi potenzialità.

Nanoscienze e Nanotecnologie nel settore aero‐spaziale

I  principali  obiettivi  dell’industria  aeronautica  europea  per  rimanere  competitiva sono legati alla diminuzione delle tariffe di viaggio agendo sulla riduzione dei costi di acquisto dei velivoli (del 35%), della manutenzione (del 25%), del consumo del carburante (del 20%); e al miglioramento dei motori per ridurre le emissioni inquinanti. Per  quanto  riguarda i  primi  tre  punti,  si  può ipotizzare  che  l’uso di materiali nano¬compositi multifunzionali e con proprietà termo-meccaniche superiori ai materiali convenzionali possa consentire una  riduzione dei costi grazie anche alla minore necessità di manutenzione. La riduzione del peso dei velivoli, in conseguenza dell’impiego di materiali nanostrutturati di peso, assieme  all’impiego  di  motori  più  efficienti,  dovrebbe  condurre  ad  una  riduzione  nel  consumo di carburante.

L’uso  di  nanomateriali  che  possano lavorare  a  temperature  da  100  a  200 °C  più elevate rispetto ai motori attuali dovrebbe portare non solo ad una maggiore  efficienza, ma anche ad una riduzione nell’emissione di NOx.  La principale barriera all’applicazione di nuovi materiali (ed in particolare di  nanomateriali)  in  questo  settore  è  rappresentato  dalla  lunghezza dei tempi necessari per le prove di affidabilità e validazione  richieste  dall’industria  aeronautica.  Un  altro  punto  di  debolezza  è  costituito  dalla  mancanza di tecniche di produzione massiva  di  nanomateriali  che  consentirebbero  anche  una  riduzione  dei  costi. 

Nel  settore  aeronautico  al  momento  il  numero  di  applicazioni  delle  nanotecnologie a livello industriale è ancora molto basso ed è per lo più legato al settore  dei  rivestimenti,  ma  è  opinione  diffusa  che  l’utilizzo  di  alcuni nanomateriali  sia  vicino  a  maturazione.  Un  discorso  a  parte riguarda la micro‐nano‐elettronica. I materiali più promettenti per la struttura dei velivoli sono i nanocompositi come  fibre di vetro/matrici polimeriche rinforzate da nanoparticelle che rilasciano  un  liquido  che  favorisce  la  polimerizzazione  intorno  ad  eventuali fratture o nano­argille per il rinforzo strutturale e l’aumento delle resistenza termica in nanocompositi.

Nuovi materiali per il campo aerospaziale

Per quanto riguarda lo sviluppo di nuovi materiali “leggeri”  (per  diminuire  i  consumi  senza  compromettere  sicurezza  e prestazioni)  i  candidati  più  promettenti  sono  i nanocompositi polimerici rinforzati con nanotubi di carbonio e nitruro di boro e le resine epossidiche rinforzate con nano­argille (nano­clays). Questi  materiali  offrono  infatti  un elevato rapporto  fra  tenacità e peso, resistenza all’impatto e protezione dalle radiazioni. Tra gli obiettivi di 4ward360 c’è proprio quello di sviluppare compositi  multi‐funzionali  che  combinino  proprietà  isolanti,  acustiche, umidificanti ecc. in un unico componente strutturale per ridurre il numero di componenti e quindi i costi. I  metalli  nanostrutturati  trovano  applicazioni  nelle  parti  maggiormente soggette alla corrosione ed usura (landing gears, freni ecc.). Infine rivestimenti (sotto forma di film sottili) che inglobino nanopolveri possono essere utilizzati come strati auto‐pulenti o anti‐abbaglianti per i finestrini.

L’industria spaziale è caratterizzata da ingenti investimenti e le tecnologie avanzate sono oggetto di costante attenzione e valutazione. I  due  segmenti  primari  sono  rappresentati  dalla  fabbricazione e  dalle  tecnologie di lancio di satelliti e missili.

Space Launch System Takes Off. 3D Scene.

A livello europeo, l’uso delle nanotecnologie nel settore spaziale è visto come un  settore  di  sviluppo  a  lungo  termine  e  i  campi  di  interesse  prominenti riguardano le comunicazioni, la produzione e lo storage di energia, i sistemi di propulsione.  Ecco perché diventano sempre più strategici i materiali  nano‐cristallini,  nanocompositi  e  bio‐mimetici per applicazioni spaziali. La driving force per l’uso delle nanotecnologie nel settore dello spazio è legata alla  possibilità  di  contribuire  a  raggiungere  gli  obiettivi  critici  di  questo settore (diminuzione dei costi, riduzione dei rischi, flessibilità durante le missioni, maggiori potenzialità).

Sabrina Zuccalà, fondatrice di 4ward360