Materiali innovativi avanzati: la scienza è sempre al

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MONDO EDILIZIA
Materiali innovativi avanzati: la scienza è sempre al lavoro
La loro classificazione include tipologie di materiali la cui applicazione in ambito edilizio è ormai consolidata
uando si parla di materiali
innovativi avanzati, si indicano genericamente tutti quei
materiali ceramici, metallici o
polimerici progettati su misura
per soddisfare una o più esigenze.
Tali materiali si differenziano
da quelli tradizionali non tanto
perché realizzati in tempi più
recenti, ma perché presentano
un alto grado di funzionalizzazione, ovvero sono progettabili
Q
materiali polimerici, ceramici ,
compositi e dell’elettronica, dei
materiali per uso biomedico e
dei materiali aerospaziali, nella
scienza della corrosione e nelle
tecnologie di protezione dalla
corrosione.
I materiali avanzati impiegati in
ambito edilizio derivano spesso da processi di trasferimento
tecnologico da altri settori industriali caratterizzati da forti
spinte all’innovazione (tipica-
prestazioni in condizioni d’uso,
che, uniti alle diffi coltà tecnico
operative legate all’impiego dei
materiali avanzati e all’assenza
di normative specifi che, tendono a ritardarne la diffusione.
Il recentissimo sviluppo delle
conoscenze in campo chimico
ha radicalmente mutato il rapporto tra uomo e materia conferendo la possibilità di manipolare le strutture atomiche
molecolari mettendo a pun-
La famiglia dei nuovi materiali
appare estremamente eterogenea e diffi cilmente classifi cabile secondo i tradizionali
criteri poiché il principale elemento che la distingue non risulta derivare dalle proprietà fondamentali del materiale
stesso defi nite a priori dal suo
contenuto materico, quanto
piuttosto dalla possibilità di attribuirvi proprietà estranee ed
originali che aumentino il suo
Il recentissimo sviluppo
delle conoscenze in
campo chimico ha
radicalmente mutato
il rapporto tra uomo e
materia. La possibilità di
manipolare le strutture
atomiche molecolari ha
permesso di mettere a
punto numerosi nuovi
materiali a complessità
gestita, nei quali le
impurità e le anisotropie
vengono appositamente
progettate per ottenere
prestazioni molto
precise e puntuali
intervenendo sulla loro struttura fi sica e chimica per variare
il loro contenuto informativo ed
elevarne i livelli prestazionali.
L’ingegneria dei materiali è un
settore dell’ingegneria che si
occupa di studiare e caratterizzare le proprietà dei materiali
in modo da ottimizzarne l’impiego in vari campi tecnologici, migliorarne le prestazioni e
studiare materiali innovativi da
impiegarsi in luogo di altri materiali meno appropriati o dalle
prestazioni non più soddisfacenti per una determinata applicazione.
I fondamenti dell’ingegneria dei
materiali si trovano nella chimica inorganica ed organica, nella
scienza dei materiali, nella metallurgia, nella tecnologia dei
Un esempio di utilizzo in ambito architettonico
mente aeronautico, automobilistico e biomedico), in cui la
ricerca nel campo di materiali con prestazioni sempre più
elevate costituisce una condizione imprescindibile per la realizzazione di prodotti e sistemi sempre più effi cienti. Poiché
generalmente in edilizia le innovazioni vengono assorbite in
tempi più lunghi che in altri settori, sia dal punto di vista della
produzione industriale che del
progetto di architettura, affi nché tali materiali siano acquisiti
nella comune prassi costruttiva sono necessari processi di
adattamento e di verifi ca delle
to numerosi nuovi materiali a
complessità gestita, nei quali
le impurità e le anisotropie vengono appositamente progettate per ottenere prestazioni
molto precise e puntuali.
L’identità materica dell’oggetto
viene sostituita da quella prestazionale mutando un codice
di riferimento che per secoli
aveva aiutato l’uomo a conoscere il mondo circostante; la
materia di recente generazione è inclassifi cabile secondo i
parametri consolidati poiché si
propone come un continuum di
possibilità dai comportamenti
imprevedibili.
contenuto informativo intervenendo su diverse scale dimensionali. I livelli ai quali oggi è
possibile intervenire su un singolo prodotto sono molteplici e
variano la loro scala dimensionale a seconda delle proprietà
che vi si vuole conferire. Per
esempio agendo sulla struttura
atomica di un materiale è possibile intervenire sulle sue proprietà generali che distinguono
le tre grandi famiglie di prodotti
ceramici, metallici e polimerici;
agendo sul tipo di distribuzione
spaziale degli atomi e sull’intensità dei loro legami è possibile modifi care lo stato di ag-
gregazione da solido a liquido
o gassoso per esempio per la
creazione di nuove leghe metalliche e materiali ceramici ad
elevate prestazioni specifi che.
Dal tipo di microstruttura derivano molte proprietà fi sico –
meccaniche quali per esempio
il tipo di cariche presenti in un
polimero e dalla macrostruttura
è possibile gestire le proprietà
di adesività di un composito
modifi cando la combinazione
tra quantità di fi bre e di matrici
presenti.
Tali materiali sono generalmente caratterizzati da proprietà
ottimizzate rispetto ai comuni
materiali da costruzione in relazione allo specifi co impiego
previsto, possono essere in
grado di fornire prestazioni variabili, selezionabili e controllabili, di modifi care le proprie
caratteristiche fi sico-chimiche
in relazione agli stimoli ricevuti, fi no ad introdurre nuove
proprietà e prestazioni non
raggiungibili né considerate in
precedenza.
Poiché la principale differenza
rispetto ai materiali tradizionali
risiede nelle capacità prestazionali e non solo in una particolare o inedita conformazione
fi sico-chimica, anche materiali
tradizionali “innovati” nelle loro
prestazioni (si pensi ai calcestruzzi ad alte prestazioni)
sono da considerarsi “avanzati” a tutti gli effetti. Allo stesso modo particolari processi
produttivi e di sintesi possono identifi care alcune classi
di materiali avanzati (si pensi
ai materiali nanostrutturati, risultanti dall’accoppiamento a
scala nanometrica di due o più
materiali).
Tra i materiali avanzati attualmente impiegati in ambito edilizio è possibile individuare due
principali famiglie: i materiali a
prestazioni fi sse, in cui le proprietà fi nali sono selezionate e
predeterminate attraverso particolari conformazioni chimicofi siche e processi di sintesi, e i
materiali smart, in grado di variare le proprie caratteristiche
in risposta a stimoli esterni.
Tra i materiali a prestazioni fi s-
se è possibile distinguere: materiali strutturali avanzati, quali
materiali compositi fi brorinforzati, calcestruzzi ad alte prestazioni, vetri strutturali, schiume metalliche e polimeriche,
impiegati in diverse tipologie di
applicazioni nelle quali la funzione richiesta è prevalentemente esprimibile in termini di
proprietà meccaniche.
materiali termostrutturali, quali
fi bre e fl ame retardant, resine
termoresistenti; ceramici avanzati; ceramiche trasparenti;
high-performance
ceramics;
schiume ceramiche e ceramici
leggeri, con elevate proprietà
termomeccaniche.
materiali a proprietà superfi ciali e di interfaccia, quali rivestimenti e coatings nanostrutturati antiusura, anticorrosione,
termici e fotocatalitici; vetri
I materiali avanzati impiegati in ambito edilizio
derivano spesso da processi di trasferimento
tecnologico da altri settori industriali caratterizzati
da forti spinte all’innovazione (tipicamente
aeronautico, automobilistico e biomedico), in cui
la ricerca nel campo di materiali con prestazioni
sempre più elevate costituisce una condizione
imprescindibile per la realizzazione di prodotti e
sistemi sempre più efficienti
I materiali innovativi sono progettati su misura per soddisfare ogni esigenza
autopulenti, selettivi e bassoemissivi, che se impiegati
nell’involucro degli edifi ci sono
in grado di fornire una elevata
protezione da fattori ambientali
di vario tipo grazie a particolari
conformazioni chimico-fi siche.
È possibile invece suddividere
i materiali smart in due principali categorie. I materiali property changing, come i materiali foto-termo-elettrocromici,
i materiali a cambiamento di
fase (magneto-elettroreologici,
foto-termo-elettrotropici) e i
materiali a memoria di forma,
che modifi cano alcune proprietà (chimiche, meccaniche,
ottiche, elettriche, magnetiche
o termiche) in risposta al cambiamento delle condizioni ambientali senza la necessità di
un sistema di controllo esterno.
Poi ci sono i materiali energy
exchanging, quali sensori e attuatori piezoelettrici, materiali
foto - elet tro - chimicolumine scenti e OLED; materiali organici per la conversione fotovoltaica, in grado di trasformare
una forma di energia entrante
in un’altra uscente in accordo
con il primo principio della termodinamica, impiegati all’interno degli edifi ci come dispositivi
per la produzione di energia e
sistemi di controllo.
È bene notare come una tale
classifi cazione includa tipologie di materiali la cui applicazione in ambito edilizio è ormai
consolidata (si pensi ai compositi fi brorinforzati impiegati per
il consolidamento di strutture
esistenti o per la realizzazione
di componenti strutturali leggeri e resistenti) o per i quali la
domanda è oggi in forte crescita (vetri bassoemissivi e selettivi per il risparmio energetico,
sensori e dispositivi di controllo nel campo della domotica),
accanto a materiali impiegati solo in via sperimentale per
i quali si intravedono tuttavia
enormi prospettive nel settore
delle costruzioni (come i rivestimenti nanostrutturati protettivi o fotocatalitici, materiali fotovoltaici organici o i materiali
a memoria di forma).