TECNOLOGIA DEI MATERIALI

Invenzioni: materiale

  • Invenzioni: materiale // Foto: © David Trood / gettyimages.de Invenzioni: materiale // Foto: © David Trood / gettyimages.de
    Karl Ziegler, 1898–1973, chimico e Premio Nobel


    "Ho iniziato come un viaggiatore che parte per un paese sconosciuto."


    Karl Ziegler descrive spesso l’opera cui ha dedicato la vita come un lungo viaggio dall’esito incerto. Il paese straniero che esplora è la chimica che studia le reazioni tra metalli e composti di carbonio. Le sue ricerche permettono la produzione industriale di materiali plastici come il polietilene e il polipropilene. Nel 1963 riceve per questo il premio Nobel per la chimica.
    Invenzioni: materiale // Foto: © David Trood / gettyimages.de


    Gomma di campo

    Tute da sub, pneumatici e guarnizioni – più di 40 000 prodotti quotidiani contengono gomma. Questa viene estratta tradizionalmente dal lattice dell’albero di caucciù. Poiché questi alberi crescono però soltanto nel clima tropicale, il chimico tedesco Fritz Hofmann sviluppa già durante la Prima guerra mondiale una gomma sintetica. Attualmente la gomma viene prodotta in primo luogo a partire da idrocarburi come il petrolio.

    Ma esistono altre fonti con una grande potenzialità: per esempio il dente di leone russo, il cui lattice contiene anch’esso caucciù. Dei ricercatori della Società Fraunhofer stanno costruendo attualmente insieme al produttore di pneumatici Continental un impianto pilota per estrarre grandi quantità di gomma dal dente di leone.
    » Filmato: „Gomma naturale estratta dal dente di leone“


    Il dente di leone russo (Taraxacum kok-saghyz) fornisce gomma naturale

    Gli pneumatici potrebbero essere presto il primo prodotto industriale a base di gomma di dente di leone

      Acciaio su misura

      L’acciaio non è tutto uguale. Una turbina deve resistere a forze differenti rispetto alla carrozzeria di un’automobile o al pilastro di un ponte. In modo che i componenti di ciò che si costruisce siano all’altezza delle esigenze concrete, sono necessari dei tipi di acciaio speciali. Nel frattempo ne esistono già 2 500 tipi diversi.

      L’elemento principale è sempre il ferro. Con l’aggiunta di altri elementi – mangano, nichel o cromo – l’acciaio acquista le sue proprietà particolari: diventa per esempio più leggero, solido o dilatabile. Grazie a dei programmi informatici gli scienziati sono in grado di eseguire prima una simulazione delle proprietà in modo da ottimizzarle. Così le turbine diventano di più lunga durata, gli aeroplani più leggeri e le automobili più sicure.

      Fino a poco tempo fa anche gli esperti pensavano che allo sviluppo dell’acciaio non si potesse aggiungere più nulla di nuovo. Gli acciai innovativi creati dai tecnologi dei materiali tedeschi dimostrano invece il contrario.


      Leghe con diversi additivi migliorano le proprietà dell’acciaio

      Oggi l’acciaio viene ottimizzato per qualsiasi utilizzo, per esempio per le turbine degli aeroplani

        Carbonio in serie

        Caschi, biciclette, racchette da tennis, ma anche aeroplani e macchine da corsa devono essere possibilmente leggeri e nonostante ciò robusti. La plastica rinforzata con fibra di carbonio, in breve CFRP, lo rende possibile. Lo svantaggio è che finora molte fasi della produzione devono essere eseguite a mano e ciò alza il costo dei prodotti.

        Ma tecnologi dei materiali tedeschi stanno elaborando insieme a specialisti dell’industria automobilistica nuovi procedimenti produttivi capaci di rendere molto più conveniente il CFRP. Ci sono macchine che possono intrecciare, forgiare e rivestire di resina le fibre. I pezzi finiti pesano soltanto la metà di quanto peserebbero se fossero in acciaio, sono anti crash e non si arrugginiscono. Un materiale ideale per aerei e automobili a basso consumo, perché insieme al peso si abbassa anche il consumo di carburante.


        Nuovi procedimenti produttivi rendono molto più conveniente la plastica rinforzata con fibre di carbonio

          Effetto loto

          Le foglie di loto sono sempre pulite e per questo in molte religioni questa pianta è considerata simbolo di purezza assoluta. Il mito ha però una base scientifica: l’acqua non viene trattenuta dalle foglie, scivola subito via in tante goccioline e si porta via lo sporco. Perché? Lo ha scoperto il botanico tedesco Wilhelm Barthlott negli anni Settanta: le superfici delle foglie non sono lisce, bensì rivestite da microstrutture.

          Oggi gli scienziati utilizzano l’effetto loto per sviluppare superfici speciali resistenti all’acqua, all’olio e persino al sangue. Il loro obiettivo è quello di creare celle fotovoltaiche autopulenti, vetri per finestre resistenti allo sporco e macchine cuore-polmoni particolarmente efficienti.


          Sulla foglia del fiore di loto l’acqua non si ferma

          Le vernici nanostrutturate usano l’effetto loto: l’acqua gocciola via insieme allo sporco

            Indumenti pensanti

            La giacca per vigili del fuoco con elettronica integrata – sviluppata in un progetto di ricerca del Governo Federale – non resiste soltanto al calore estremo, ma può far molto di più. Mentre il vigile del fuoco è in servizio la giacca segnala in modo attendibile la sua posizione, il suo battito cardiaco e la sua temperatura corporea. E qualora si rendesse necessario, la giacca intelligente dà l’allarme al controllo operativo che può inviare soccorsi.

            Ma gli indumenti intelligenti non sono utili soltanto nelle emergenze: una maglietta intelligente da fitness, alla quale stanno lavorando dei ricercatori della Fraunhofer-Gesellschaft, misura respirazione e polso. Così lo sportivo può ottimizzare il suo allenamento.


            Gli indumenti „intelligenti“ possono salvare la vita

              Plastica ovunque

              Bobby Car, secchi, tubi, sacchetti dell’immondizia, organi per trapianti – dal prodotto di alta tecnologia all’oggetto quotidiano: il polietilene è la materia sintetica maggiormente usata. È estremamente robusta, non viene corrosa nemmeno da sostanze aggressive e resiste a forti oscillazioni di temperatura.

              Come produrre velocemente e a basso prezzo il polietilene lo scopre nel 1953 il ricercatore della Max-Planck-Gesellschaft Karl Ziegler: il gas etilene si trasforma a temperatura ambiente e normale pressione in polietilene se si aggiungono determinati derivati metallici, i cosiddetti catalizzatori di Ziegler-Natta. È solo con questa scoperta che si creano i presupposti per la sua produzione industriale.

              La robustezza del polietilene comporta tuttavia anche degli svantaggi: i sacchetti di plastica contribuiscono al crearsi di montagne di rifiuti in tutto il mondo e inquinano l’ambiente. Perché un sacchetto della spesa si decomponga completamente devono passare centinaia di anni.


              Premio Nobel per la chimica 1963: Il re Gustavo Adolfo VI di Svezia si congratula con Karl Ziegler (a destra)