Dalla foglia di loto alla “foglia artificiale” a base di grafene

Una foglia di loto ha ispirato il lavoro di un gruppo internazionale di ricercatori di ingegneria dei materiali, che hanno tentato di ricreare in laboratorio una delle caratteristiche più sorprendenti e utili di questa famosa pianta acquatica.

La foglia del loto, infatti, ha una struttura particolare che la rende estremamente idrofoba (idrorepellente) e che la mantiene costantemente pulita e protetta. Una qualità che è molto richiesta anche in ambito industriale, ad esempio, per lo sviluppo di nanomateriali bio-ispirati per l’auto-pulizia e l’anti-adesività. 

Tuttavia il loto non ha una idrofobia controllabile (perché non è stato portato ad evolversi in questo senso). La sfida della ricerca è quindi quella di ricreare un materiale che possa avere un comportamento modificabile e “intelligente” per adattarlo ad applicazioni molto diverse: dai sistemi elettronici flessibili e trasparenti di ultima generazione fino alla nanomedicina.

La sfida è stata raccolta da un gruppo di ricerca internazionale che nasce dalla collaborazione stretta fra la Duke University, il MIT e l’Università di Trento, con l’esperienza del professor Nicola Pugno, già fondatore del Laboratory of Bio-Inspired Nanomechanics e da poco in forza all’Università di Trento. 

Dall’osservazione delle foglie del loto i ricercatori, attraverso calcoli di nanomeccanica e simulazioni atomistiche, sono riusciti a ricreare in laboratorio una “foglia artificiale” multifunzionale a base di grafene, un materiale intrinsecamente molto rigido e resistente. Un foglio di grafene (singolo strato di atomi di carbonio) è stato “stropicciato” e fatto aderire ad un substrato di materiale polimerico estremamente cedevole. Il substrato è stato poi tensionato meccanicamente e, di conseguenza, la topologia superficiale (responsabile di moltissime proprietà meccaniche e fisiche) del foglio di grafene ha cambiato aspetto: da stropicciata a liscia. In questo modo i ricercatori sono riusciti a realizzare una superficie multifunzionale intelligente che, ad esempio, può passare dall’essere super-idrofoba a idrofila, proprio grazie a questo effetto topologico.

Il lavoro è stato finanziato anche dall’European Research Council col progetto sui super-nanomateriali bio-ispirati gerarchici, coordinato dal professor Pugno. Lo studio “Multifunctionality and control of the crumpling and unfolding of large-area graphene” è disponibile sul sito web di Nature Materials (DOI 10.1038/NMAT3542).

Nel Comunicato stampa allegato i commenti del prof. Nicola Pugno, ordinario di Scienza delle Costruzioni al Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e meccanica.