Arriva il nanolegno, un nuovo materiale resistente e super-isolante

La ricerca di un isolante termico efficace, leggero e resistente è estremamente importante in un periodo in cui il risparmio energetico, sia per edifici residenziali e commerciali che per applicazioni scientifiche, è fondamentale dal punto di vista economico ed ambientale. Materiali con queste caratteristiche sono solitamente costosi e difficili da produrre su scala industriale, e si è spesso costretti a compromettere sulla resistenza o sulla loro performance. Per questo un gruppo di ricercatori guidati dalla University of Maryland ha sviluppato il prototipo di un nuovo materiale, chiamato nanolegno (dall’inglese nanowood), un materiale assemblato su scala nanometrica – o nanomateriale – che è al contempo leggero, resistente ed altamente isolante dal punto di vista termico.

Come spiega lo studio, pubblicato su Science Advances, nel campo dell’isolamento termico si è osservato di recente un aumento dell’interesse nei materiali anisotropici, ossia quei materiali le cui caratteristiche fisiche (conducibilità termica ad esempio) o il comportamento meccanico (rigidezza o resistenza) variano a seconda della direzione selezionata, longitudinale e trasversale. Il legno è un materiale notoriamente anisotropico, e Tian Li e il suo team si sono occupati di studiare la particolare struttura.

La nanocellulosa, ossia cellulosa con stuttura nanoscopica, è una risorsa facilmente ottenibile a partire dalla pasta di legno, e possiede alcune caratteristiche che la rendono estremamente interessante nell’ambito dell’isolamento termico. Tuttavia, preparare una schiuma a base di nanocellulosa richiede una serie di processi meccanici e chimici relativamente complicati e che tendono ad allineare le fibre di cellulosa in modo casuale, realizzando prodotti che non sono resistenti dal punto di vista meccanico e che non possono essere quindi applicati su larga scala nel campo delle costruzioni.

Durante la ricerca, il team ha preparato quindi un nuovo materiale, fatto di nanofibre di cellulosa allineate con attenzione in modo da riprodurre la struttura naturalmente anisotropica del legno. In questo modo, il calore tende a spostarsi lungo le fibre, riducendone l’accumulamento, e comportandosi come legno naturale e non artificiale.

In particolare, il nanolegno mostra una conduttività termica estremamente bassa (solamente 0,03 W/m·K) nella direzione perpendicolare alle nanofibre, mentre la conduttività termica nella direzione opposta è il doppio. Questo vuol dire che l’energia termica viene dissipata efficacemente evitando il surriscaldamento del lato esposto alla fonte di calore, e allo stesso tempo viene prodotto un isolamento termico sul lato opposto, più efficace di quello che può essere ottenuto con altri materiali isolanti, solitamente utilizzati, come ad esempio una sostanza ottenuta dal gel di silice o la lana.

Il nanolegno ha inoltre una porosità del 91%, molto più alta di quella, ad esempio, di un legno come il tiglio americano (porosità circa del 60%), una caratteristica che abbassa notevolmente la conducibilità termica.

“L’eccellente efficacia dal punto di vista termico, l’abbondanza, la biodegradabilità, la resistenza meccanica, la  bassa densità e la facilità con cui può essere prodotto- hanno spiegato gli scienziati nella ricerca – rendono questo materiale di estremo interesse per una varietà di applicazioni pratiche”. Fra le principali applicazioni potrebbero esservi tecnologie che possano produrre o conservare energia, grazie alle proprietà isolanti, riducendo fra l’altro il consumo di carbonio.

Riferimenti: Science Advances