Nuovo isolante termico a base di nanotubi di carbonio

I ricercatori della Tsinghua University hanno sviluppato un materiale a base di nanotubi di carbonio in grado di resistere a temperature estreme. 

I ricercatori dell’Università di Tsinghua hanno sviluppato un nuovo isolante a base di nanotubi di carbonio in grado di resistere a temperature elevate fino a 2.600 °C, superando tutti gli altri materiali utilizzati per applicazioni a temperature estreme. Questa innovazione potrebbe essere utilizzata per gli scudi termici su veicoli ipersonici e astronavi durante il rientro in atmosfera e in altri ambienti ad alta temperatura. La ricerca è stata pubblicata su Advanced Functional Materials e la notizia è riportata da Phys.org.

Astronavi, motori a reazione e forni industriali necessitano di materiali in grado di gestire il calore senza fondersi, creparsi o rilasciarlo. Eppure i materiali isolanti termici ad alta temperatura (TIM) presentano importanti svantaggi: o non resistono a temperature superiori a 1.500 °C o non sono molto efficaci nell’impedire il passaggio del calore. Questo significa che per ottenere un isolamento adeguato, è necessario utilizzare più materiale, aumentando ingombro e peso.

Ecco perché gli scienziati sono alla ricerca di nuovi materiali avanzati in grado di bloccare efficacemente il calore pur essendo sottili e leggeri. Nel loro articolo, i ricercatori della Tsinghua University ha descritto come hanno impilato e avvolto insieme film sottilissimi e flessibili di nanotubi di carbonio per creare un nuovo materiale isolante chiamato film di nanotubi di carbonio super-allineati (SACNT-SF). Questo materiale rivoluzionario blocca il calore ad alte temperature in modo più efficace di qualsiasi altro isolante conosciuto: “Il SACNT-SF presenta una conduttività termica effettiva di 0,004 W m−1 K−1 a temperatura ambiente e di 0,03 W m−1 K−1 a 2.600 °C, superando tutti i TIM finora riportati” hanno scritto i ricercatori della Tsinghua University nel loro articolo.

Il nuovo isolante termico

La proprietà isolante del SACNT-SF è dovuta a una combinazione di fattori. I nanotubi impilati sono costituiti principalmente da spazio, quindi non c’è molto materiale solido attraverso cui il calore possa propagarsi. E gli spazi tra di essi sono così piccoli che bloccano il movimento delle molecole di gas, impedendo loro di trasferire calore. Oltre a essere un ottimo isolante, il SACNT-SF è anche straordinariamente durevole. Può sopportare ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento e rimane stabile fino a 3.000 °C in atmosfera di argon. Inoltre, a differenza dei materiali isolanti ingombranti, il materiale è composto da pellicole sottilissime che possono facilmente piegarsi in una varietà di forme.

Il SACNT-SF sembra promettente e potrebbe avere un’ampia gamma di utilizzi, per esempio, potrebbe essere utilizzato per creare scudi termici migliori per veicoli spaziali e ipersonici e potrebbe migliorare l’efficienza di forni e reattori estremamente caldi. Essendo sottile e flessibile, potrebbe anche essere avvolto attorno a componenti elettronici complessi per proteggerli dal calore.

Il SACNT-SF ha anche uno svantaggio significativo: questo nuovo isolante a base di nanotubi di carbonio si ossida a temperature superiori a 500 °C in aria, quindi non può essere utilizzato in ambienti non protetti con ossigeno a temperature elevate, poiché brucerebbe. Per risolvere questo problema, il team pensa di aggiungere rivestimenti protettivi che gli consentiranno di operare in ambienti in cui l’ossigeno è presente ad alte temperature, come i motori a reazione.

Foto:  Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202514142