Materiali aerospaziali: In sviluppo un materiale che può raffreddarsi ad alte temperature

C'è un nuovo materiale in circolazione, in grado di regolare la propria temperatura in base a quella esterna, e potrebbe essere utilizzato anche per aiutare le capsule spaziali a resistere meglio alle forze aerodinamiche.

Attualmente questo materiale è in fase di sviluppo presso l'Università di Nottingham. Nel frattempo il documento della ricerca è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports il 26 ottobre scorso. "Una delle maggiori sfide nella scienza dei materiali è capire come regolare la temperatura dei materiali artificiali come il corpo umano può fare, in relazione al suo ambiente", spiega l'autore principale Dr. Mark Alston, ricercatore in Design ambientale, presso la facoltà di Ingegneria.

Volendo riassumere brevemente la questione: I ricercatori hanno utilizzato una rete di più microcanali nei quali scorrevano dei fluidi attivi (operazione che fa parte del campo della fluidica) come metodo di prova per sviluppare un materiale termicamente funzionale costituito da un polimero sintetico. La caratteristica di questo materiale è che è stato potenziato con alcuni "switch" che possono modificare le sue proprietà conduttive e quindi gestire la propria temperatura in relazione al all'ambiente circostante.
"Questo approccio ingegneristico bio-ispirato porta avanti l'assemblaggio strutturale di polimeri per l'uso in materiali avanzati. La natura utilizza la fluidica per regolare e gestire la temperatura nei mammiferi e nelle piante per assorbire la radiazione solare attraverso la fotosintesi, e questa ricerca ha utilizzato un modello a foglia per imitare questo funzione nel polimero".

Il dott. Alston aggiunge: "Questo approccio si tradurrà in un materiale avanzato in grado di assorbire le alte radiazioni solari, come il corpo umano può fare, per raffreddarsi autonomamente indipendentemente dall'ambiente in cui è collocato. Un materiale termicamente funzionale potrebbe essere usato come sistema di regolazione del calore, per lesioni da ustioni ad esempio, raffreddando la temperatura superficiale della pelle e migliorarne la guarigione".

Questo tipo di gestione del flusso di calore potrebbe anche rivelarsi estremamente utile nell'ambito dell'ingegneria aerospaziale, in particolare nelle fasi in cui un velivolo rientri o abbandoni l'atmosfera terrestre, oppure nei casi in cui l'integrità strutturale delle capsule spaziali sia compromessa da esposizioni prolungate alle radiazioni solari.

Con la regolazione della temperatura del materiale utilizzato per le strutture del veicolo, non è esclusa una tipologia di guadagno che va oltre l'efficienza strutturale: La questione può essere analizzata anche dal punto di vista energetico. L'energia termica immagazzinata nel fluido, potrebbe essere rimossa dal sistema di circolazione per essere "conservata" in un serbatoio di riserva a bordo della capsula. Una volta lì, l'energia potrebbe essere convertita in energia elettrica o utilizzata per riscaldare l'acqua a favore dell'equipaggio.

Gran parte del lavoro di sperimentazione ed analisi è stato sviluppato in collaborazione con l'istituto di ricerca del governo britannico: Scientific Research Facilities Council (SRFC). I prossimi passi per la ricerca sono garantire finanziamenti tramite dimostrazioni pratiche di funzionamento, per un eventuale debutto nella produzione aerospaziale e per identificare potenziali partner industriali.
L'argomento è chiaramente molto più vasto e con molti altri dettagli interessanti: vi rimandiamo all'articolo su Nature per una descrizione completa dell'intera questione.

Recentemente vi abbiamo parlato di nuove analisi per lo sviluppo di teorie matematiche più accurate per la progettazione di velivoli: Per saperne di più, ecco il link alla news sul "velivolo perfetto".