Lo studio condotto dal professor Anthony Dichiara, pubblicato su Royal Society of Chemistry ha portato al rivoluzionario sviluppo della carta elettrica intelligente. La scoperta è il frutto raccolto dopo un lungo lavoro compiuto dagli scienziati dell’Università di Washington e che farà la gioia di tutti. A chiunque può capitare di dannarsi con il grosso problema di un tubo che perde, ad esempio. E’ difficile individuare un tubo che perde acqua all’interno di un edificio e questa carta conduttrice di elettricità può ‘sentire’ l’acqua e individuare il punto dove si trovano i tubi compromessi.

Le applicazioni di questa carta elettrica possono essere pressoché infinite nell’industria. Costa poco ed è ecologica. I risultati di questo studio sono stati pubblicati nel Journal of Materials Chemistry A.

 

Come viene preparata la carta elettrica intelligente

In che modo i ricercatori sono riusciti a sviluppare la carta elettrica (meglio definita come carta intelligente)?

La carta intelligente è stata preparata secondo il normale processo di produzione di quella semplice utilizzando, però, microfibre in legno di lino. Queste fibre sono state modificate da un processo di nanoassemblaggio strato per strato, in cui CPT e CNT rivestiti di lignina agiscono rispettivamente come polielettroliti cationici e anionici, per creare strati successivi di componenti opposti alla superficie delle fibre di cellulosa.

E’ stata eseguita una nanocoazione di poliacrilamide cationica con dispersione acquosa di nanotubi di carbonio funzionalizzati con idrossile (CNT) aggiungendo lignina alcalina pre-assorbita su microfibre in legno. In tal modo, i ricercatori hanno ottenuto fogli di carta flessibili, leggeri e conduttori di elettricità che presentano proprietà migliorate di asciugatura ed umidità.

Il CNT contenuto nella carta elettrica intelligente va da un minimo del 2,5 % Wt fino al 10, 55% con il 422 % di aumento della resistenza alla trazione, alla ritenzione di resistenza all’umidità ed alla forza del legame interno.

Questi fogli vantano un’estrema sensibilità alla tensostruttura e sono caratterizzati da una resistenza elettrica indotta dall’acqua. Il vero punto di forza della carta elettrica intelligente è che rappresenta un’alternativa rinnovabile economica ai materiali petrochimici: può essere impiegata per applicazioni elettroniche portatili o di rilevamento.

Carta elettrica intelligente
Il Prof. Anthony Dichiara con un campione di carta elettrica intelligente (Mark Stone/Università di Washington).

Come funzionano i fogli elettrici intelligenti, applicazioni

La rete CNT integrata nei fogli genera percorsi elettricamente conduttivi che conferiscono alla carta elettrica intelligente un’estrema sensibilità ai vari stimoli esterni. In particolare, i fogli composti da CNT preparati con cellulosa sono stati impiegati con successo come materiale altamente sensibile, reversibile e rivelatore riproducibile per la presenza di acqua.

La sua superiore sensibilità di tensione alla trazione rispetto ai tradizionali listelli di pellicola la rende ideale per una grande varietà di applicazioni che spaziano dal rilevamento remoto delle perdite d’acqua alla determinazione del contenuto d’acqua ed agli attuatori.

folgi di carta composita CNT cellulosa elettrica intelligente
carta composita CNT-cellulosa

I ricercatori stanno progettando di sviluppare fogli di carta elettrica intelligente da avvolgere attorno ai tubi industriali. Nel caso in cui vi sia un tubo in perdita, l’acqua bagnerebbe la carta in una certa zona ed il foglio, essendo intelligente, notificherebbe l’allarme direttamente alla centrale di controllo. In questo modo, il tubo in perdita sarebbe tempestivamente rilevato ed il problema si risolverebbe subito.

Le applicazioni potrebbero essere moltissime. La carta elettrica intelligente rileva l’acqua e reagisce ad essa, è altamente sensibile, reversibile, è un rilevatore efficace e rapido: potrebbe controllare la quantità d’acqua indesiderata nei carburanti.

 

Programma di ottimizzazione e perfezionamento

La carta è da perfezionare. Può sorgere un problema durante i rilevamenti: se, accidentalmente, perdessero la protezione dalle gocce d’acqua, le cellule fibrose di questa carta potrebbero espandersi e crescere fino a tre volte di più delle normali dimensioni. Tutto questo potrebbe rimuovere i nanotubi disturbando la corrente elettrica che scorre nella carta col conseguente spegnimento della stessa. Tuttavia, una volta tornata asciutta, la carta elettrica intelligente riprenderebbe a funzionare regolarmente.

Attualmente, sono in corso lavori per sviluppare un processo di scorrimento continuo di scala ed ottimizzare ulteriormente le proprietà del materiale, in particolare quello ad alto contenuto di CNT (dal 10% di peso e oltre).