Negli ambiti applicativi dell'ingegneria strutturale, l'elevata capacità di smorzamento sta diventando requisito fondamentale nella scelta dei materiali da impiegare. I nanocompositi a base di nanotubi di carbonio si presentano come una nuova generazione di materiali multifunzionali che, oltre a soddisfare il suddetto requisito per il controllo passivo delle vibrazioni, operano anche come efficace rinforzo strutturale, senza apportare significativo incremento di peso.
Tuttavia, allo stato attuale della ricerca, le potenzialità dei nanotubi di carbonio come nanofiller da integrare in sistemi polimerici non sono ancora completamente espresse. Vi è ancora una non esaustiva conoscenza della fenomenologia del materiale e, in particolare, delle proprietà di interfaccia fra nanofiller e matrice, che governano la risposta globale del nanocomposito. La presente proposta di progetto intende perseguire una maggiore comprensione del comportamento meccanico e isteretico dei nanocompositi, per poterne ottimizzare le proprietà e programmare il materiale a seconda delle specifiche applicazioni.
A tal fine, ci si propone di ricercare attraverso un duplice approccio, sia sperimentale che teorico, le interconnessioni che sussistono fra la morfologia del nanofiller a scala nanometrica, la disposizione funzionale della microstruttura del materiale e le proprietà macroscopiche del sistema.
Si prevede, dunque, la fabbricazione di film sottili in nanocomposito per poterne studiare e caratterizzare le proprietà morfologiche, reologiche, meccaniche e dissipative. La successiva analisi critica dei dati sperimentali sarà tesa a individuare parametri nano/micro-strutturali che consentono una più dettagliata modellazione costitutiva del materiale. Un tuning del modello analitico proposto, arricchito di tali parametri morfologici, porterà a definire uno strumento utile al design delle proprietà meccanico-smorzanti dei nanocompositi già in fase di fabbricazione.
La chiave di lettura che consente la corretta interpretazione del comportamento dei nanocompositi sta nel riuscire a collegare la struttura chimico-fisica dei singoli costituenti il composito al comportamento della struttura macroscopica. Questo costituisce un elemento di innovazione della ricerca grazie ad un duplice approccio, sia sperimentale che teorico, di tipo multi-scala, che si ritiene necessario per una rigorosa comprensione della risposta del materiale.
Il progetto in narrativa intende, dunque, fare chiarezza e considerare tutti gli aspetti morfologici, reologici e meccanici del materiale e combinarli per fornire un modello interpretativo globale del materiale. Poiché tali aspetti sono stati trascurati e non sempre valutati dalla letteratura, questo rappresenterebbe un avanzamento significativo rispetto all'attuale stato dell'arte sui nanocompositi a base di CNT.
Una volta nota l'influenza di ogni singolo parametro nano/micro-strutturale, si interverrà su di esso in fase di fabbricazione per modificare la risposta globale del nanocomposito e adattarla alle specifiche applicazioni civili e industriali per il rinforzo strutturale o per il controllo delle vibrazioni. Si può, ad esempio, incrementarne il modulo elastico e la resistenza piuttosto che l'elongazione a rottura o privilegiare un aumento di smorzamento e resistenza a fatica piuttosto che un miglioramento delle proprietà elastiche, oppure garantire un range di ampiezze di deformazione o di temperatura in cui si richiede una maggiore capacità dissipativa e simultaneamente elevata resistenza del nanocomposito.
Altro punto di forza del progetto è anche la sua concreta fattibilità. La realizzazione di compositi sotto forma di film sottili è un processo che è già padroneggiato dal proponente e si possiedono tutte le strumentazioni necessarie per la fabbricazione dei materiali. I laboratori sono già dotati della strumentazione necessaria anche per la caratterizzazione dei nanocompositi, sia morfologica che reologica e meccanica. Il post-processing dei dati viene gestito attraverso software già ampiamente impiegati nell'ambito dell'ingegneria strutturale e i dati collezionati ed elaborati verranno inseriti all'interno di un modello analitico già recentemente sviluppato [14]. Questo strumento analitico è suscettibile di futuri perfezionati per fornire predizioni sul comportamento macroscopico di un nanocomposito in base alle caratteristiche della sua microstruttura.
Tutto questo concorrerà a facilitare la concreta possibilità di un avanzamento nella ricerca e di un successo nel perseguimento degli obiettivi del progetto.
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