A Spinoff a Day – La sintesi di un nuovo materiale: i BNNT

La nascita dell’idea

Nanotubi di nitruro di boro. Fonte: Keun Su Kim et al.

Sin dalla loro scoperta da parte del giapponese Sumio Iijima nel 1991, i robustissimi nanotubi in carbonio hanno catturato l’attenzione di gran parte dell’industria e hanno aperto le strade ad altri nuovi materiali. Nel 1994 il fisico Marvin Cohen, un professore dell’Università della California, ha teorizzato una struttura simile per il boro e l’azoto, venuta alla luce l’anno successivo grazie al lavoro del suo collega Alex Zettl con un metodo che prevedeva l’uso di un arco elettrico.

La sintesi dei BNNT (boron nitride nanotubes, o nanotubi di nitruro di boro) ha colpito l’interesse di NASA perché  rispetto ai nanotubi in carbonio hanno caratteristiche tali da permettere l’assorbimento delle radiazioni UV e possono sopportare temperature fino ai 900°C, a differenza dei nanotubi in carbonio che iniziano a degradare a 400°C.

C’era un problema però: prima di poter utilizzare questo materiale bisognava poterlo sintetizzare in quantità considerevoli. “I ricercatori non potevano crearne più di qualche grammo alla volta con il laser ad elettroni liberi fornito dal Jefferson Lab” afferma Mike Smith, scienziato del Langley Research Center. Per poter trovare un metodo sicuro per creare grandi quantità di BNNT sono serviti altri due anni di esperimenti, tentativi con diverse frequenze laser, diversi materiali target, composti catalizzatori e così via.

Nel 2008 è stata finalmente trovata la formula definitiva che prevede la presenza di boro e azoto in una particolare proporzione all’interno di una camera pressurizzata. Un laser viene poi acceso in modo che i due elementi si riscaldino e formino una nuvola di vapore che “si auto-assembla in questi lunghi e vaporosi grovigli di nanotubi, come fossero batuffoli di cotone” afferma Smith.

Il trasferimento tecnologico

Negli anni successivi il team ha lavorato per trovare il metodo definitivo di produzione, che potesse abbattere i costi creando quantità adeguate ad essere lavorate. Riconoscendo il valore commerciale di una molecola nuova diverse persone coinvolte nel suo sviluppo, tra cui Kevin Jordan, ingegnere capo del laser presso i Laboratori di Jefferson, e Roy Whitney, il CEO del laboratorio, hanno contribuito a fondare la BNNT LLC nel 2010. Smith, autore principale dei brevetti di sintesi entrò nel 2011 come scienziato capo della start-up.

Nel Maggio del 2014 l’azienda annunciò di aver sviluppato la tecnologia al punto da produrre 200 milligrammi di BNNT all’ora. Quello stesso luglio il prodotto venne immesso sul mercato per la prima volta.

Benefici

BNNT sintetizzato dall’azienda BNNT LLC. Fonte: NASA

L’azienda ha sempre mantenuto uno stretto rapporto con l’Agenzia Spaziale e ora, attraverso uno Space Act Agreement, collabora con il Langley Research Center rifornendolo costantemente di nuovi campioni, mentre in cambio riceve analisi di simulazione e interazione con altri materiali, quasi un “controllo qualità”. Un giorno questa tecnologia potrebbe essere usata per costruire gli scudi termici o addirittura l’intera scocca delle navicelle, proteggendo gli astronauti dalle insidie dello spazio esterno.

Le loro qualità uniche li rendono però adatti ad altri ambiti:

• Nel campo medico: Non essendo citotossici possono essere usati in medicina per la rigenerazione del tessuto osseo, come vettori di medicinali mirati su scala nanometrica o per terapie oncologiche.
• Nel campo aeronautico: La loro leggerezza e la composizione stabile li rendono ideali per sostituire i componenti ceramici e metallici degli ugelli e dei motori a reazione che lavorano ad alte temperature.
• Nel settore elettrico: Grazie ai BNNT si potranno costruire conduttori termici ed isolanti elettrici, oppure componenti elettroniche e batterie che non si surriscaldano facilmente.
• Nella ricerca di nuovi materiali: I BNNT si combinano bene con altri polimeri, e questo apre la strada alla creazione di materiali ancora inesistenti.

“Le proprietà di questi componenti sono così particolari che non siamo ancora in grado di dire quali altre applicazioni si riusciranno a trovare” aggiunge Smith, “Ora dobbiamo solo preoccuparci di trovare metodi ancora più efficaci per sintetizzarli”.

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito di BNNC [ENG]

Articolo de Le Scienze 13.03.2001 [ITA]