La ricerca qui proposta si inquadra nell'ambito di attività svolte da diversi anni in collaborazione con industrie e centri di ricerca allo scopo di realizzare tessuti intelligenti e multifunzionali per la sicurezza dei lavoratori che devono lavorare in ambienti potenzialmente pericolosi.
Una protezione efficace della salute e della sicurezza dei lavoratori sul luogo di lavoro richiede infrastrutture adeguate e attrezzature, basate su tecnologie efficaci e affidabili. Diversi tipi di attività industriali sono associate con potenziali pericoli dovuti allo sviluppo di condizioni atmosferiche pericolose. Tra i possibili scenari, ci sono carenze di ossigeno, avvelenamento da esposizione a gas tossici e / o esplosioni. Gli attuali dispositivi di monitoraggio dei gas conformi alle normative sono piuttosto ingombranti e costosi, nonché caratterizzati dalla mancanza di precisione, con tendenza a saturare (e conseguenza alta incidenza di falsi allarmi) e alto consumo energetico. C'è quindi una necessità stringente di miglioramenti tecnologici per rivelatori portatili con risposta rapida per l'identificazione di gas pericolosi.
Le nanotecnologie con l'impiego di nanomateriali quali elementi di sensing possono rappresentare la soluzione per la realizzazione di tessuti intelligenti in grado di garantire il necessario grado di protezione e sicurezza, attraverso la realizzazione di strumenti di lavoro che integrano la presenza di sensori ad elevata sensibilità e a risposta rapida.
Ciò richiede tuttavia la capacità di caratterizzare le proprietà fisiche e chimiche di nanomateriali e nanosistemi alla scala nanometrica. Non solo è necessaria la caratterizzazione di forma e dimensioni, ma è anche necessario poterne studiare proprietà funzionali. A questo fine il presente progetto si propone in particolare lo sviluppo di protocolli/procedure di caratterizzazione funzionale basati sull'impiego di tecniche AFM, in grado di fornire informazioni quantitative alla nanoscala.
Le attività di ricerca qui proposte prendono le mosse dai risultati conseguiti con un precedente progetto (Sensational, bando Industria 2015), condotto sempre in collaborazione con i partner già citati (Klopman International, TPA, Nanoshare, CNR-Nanotec) e che ha riguardato lo studio e sviluppo, su piccola scala, di un sistema sensoristico, costituito da un supporto tessile (etichetta da apporre sul capo da lavoro e da collegare ad un'unità elettronica indossabile di dimensioni contenute con il compito di elaborare i dati e dare l'allarme in caso di superamento dei valori di soglia preimpostati) sul quale il sensore viene depositato come 'inchiostro' a base di nanotubi di Carbonio (CNT) debitamente funzionalizzati con nanoparticelle metalliche, per rilevare la presenza di gas nocivi/pericolosi (H2S, CO, NOx, e NH3) potenzialmente presenti in ambienti di lavoro confinati, sfruttando la variazione di conducibilità elettrica del nanodeposito in presenza di tali gas.
Sulla base dei risultati incoraggianti già ottenuti con Sensational, i partner sulla base delle competenze complementari presenti e sviluppando ulteriormente la sinergia tra nanotecnologie, ingegneria tessile ed elettronica miniaturizzata, hanno ipotizzato ulteriori e più ampi scenari di innovazione tecnologica mettendo a punto nuovi e più complessi sistemi sensoristici basati sulle nanotecnologie. Tali sistemi, debitamente specializzati, potranno essere utilizzati anche per ulteriori gas nocivi/pericolosi (quali gli ossidi dello zolfo SOx, l'acido cianidrico HCN e le diossine) presenti in vari ambienti di lavoro ad alto rischio.
Un importante risultato raggiunto nell'ambito delle attività in collaborazione con i partner industriali e scientifici già ricordati è stato quello di progettare, sviluppare e convalidare un'innovativa macchina di stampa InkJet specificatamente pensata per 'inchiostri nanotec' che consenta di depositarli sul tessuto in maniera automatizzata e controllata per geometria e precisione.
La tecnologia sviluppata dai partner industriali consente di integrare i sensori direttamente sull'indumento di lavoro, stampandoli direttamente sui tessuti con i quali poi successivamente si realizzerà l'abbigliamento protettivo da lavoro. Il sensore non sarà così solo una label da applicare sulla giacca o sulla tuta, ma diventerà una caratteristica intrinseca dell'indumento di lavoro; è evidente che per raggiungere il mercato il sensore dovrà avere una durata operativa coincidente con la vita del capo.
I risultati fin qui ottenuti hanno evidenziato la necessitò di un approfondimento delle modalità di ancoraggio dei nanomateriali ai tessuti di interesse industriale, che vengono depositate mediante innovative tecniche di stampa ink-jet appositamente sviluppate allo scopo.
Il processo di stampa deve garantire che i nanomateriali dispersi in apposite soluzioni per essere compatibili con la tecnologia di stampa ink-jet conservino le proprietà di sensing e che i tessuti intelligenti così realizzati abbiano una durata confrontabile con quella tipica di un indumento di lavoro. In particolare ciò comporta che il processo di stampa deve garantire che l'elemento sensibile possa resistere a cicli di lavaggio industriale. In altri termini questo richiede uno studio delle proprietà di adesione e meccaniche alla nanoscala che attualmente non sono disponibili.
Ciò richiede un avanzamento delle attuali conoscenze al riguardo che si pensa di poter ottenere correlando le informazioni morfologiche che si ottengono con tecniche di microscopia elettronica a scansione con quelle riguardanti le proprietà meccaniche che si possono ottenere con tecniche di microscopia a scansione di sonda (SPM: Scanning Probe Microscopy); In particolare si pensa di poter perfezionare specifici protocolli per la determinazione delle forze di adesione tra le fibre del tessuto ed i nanomateriali che svolgono il ruolo di elementi di sensing, depositati mediante tecniche ink-jet. La disposizione di dati quantitativi alla nanoscala consentirà non solo di individuare i tessuti che garantiscono una migliore adesione e quindi una maggiore durata, ma anche di ottimizzare i parametri di stampa in funzione delle diverse tipologie di nanoamteriali che si dovranno stampare per avere sensori selettivi per specifici gas tossici.