Ogni giorno veniamo bombardati da un flusso di particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno: i raggi cosmici. Raggi cosmici con diversa intensità, che investono chiunque si trovi sul loro cammino, in particolare chi si trova al di fuori dell’atmosfera: i satelliti, dunque, e soprattutto gli astronauti in orbita. L’esposizione alla radiazione cosmica rappresenta un grande problema per l’attività umana nello spazio: le radiazioni danneggiano le cellule e il Dna, aumentando il rischio di contrarre tumori, malattie cardiovascolari e danni al sistema nervoso centrale.
Per proteggere gli astronauti si utilizzano comunemente sistemi di schermatura in alluminio, ma c’è un effetto collaterale: al di sotto di un certo spessore l’alluminio, colpito dai raggi cosmici, produce un’ulteriore radiazione secondaria di neutroni, anch’essa dannosa per gli esseri umani. Un’alternativa promettente è rappresentata da sistemi di protezione composti da nanotubi di nitruro di boro, i BNNTs. Questi nanotubi hanno un diametro di cinque nanometri, circa ventimila volte più piccolo dello spessore di un capello umano, e sono ultraleggeri, resistenti e con capacità di assorbimento dei neutroni termici eccellente.
Rappresentazione schematica di un BNNT. Crediti: Young-Kyeong Kim et al., Advanced Functional Materials, 2025
Tuttavia, a causa dei limiti della tecnologia di fabbricazione, finora sono stati prodotti solo in fogli sottili e fragili, limitandone le applicazioni pratiche. Impacchettati in maniera casuale, la loro bassa densità li rende facilmente soggetti a rotture. Ora però due team di ricercatori, uno guidato da Jang Se Gyu del Centro di ricerca sui materiali compositi funzionali del Kist (Korea Institute of Science and Technology) e l’altro da Choi Siyoung del Dipartimento di ingegneria chimica e biochimica del Kaist (Korea Advanced Institute of Science and Technology), sono riusciti a mettere a punto un nuovo scudo di BTTNs che non risente di questi problemi.
Descritta nel numero di settembre di Advanced Functional Materials, la tecnica sviluppata dai due team coreani permette ai nanotubi di rimanere stabilmente dispersi in acqua, senza agglomerarsi, utilizzando l’acido dodecilbenzensolfonico, un tensioattivo presente in molti detergenti. In questo modo il team è riuscito a produrre i nanotubi in un cristallo liquido ad alta concentrazione, dove questi si allineano naturalmente nella stessa direzione. La pellicola di BNNT risultante si è dimostrata tre volte più densa e 3,7 volte più efficace nella schermatura dei neutroni rispetto alle pellicole con i nanotubi non allineati. Non solo: è flessibile e al tempo stesso robusta, dunque adatta per una grande varietà d’impieghi.
Nell’immagine a sinistra si vede la convenzionale pellicola Bnnt prodotta con nanotubi di nitruro di boro impacchettati casualmente, che la rendono fragile e predisposta alla rottura. Sulla destra la nuova pellicola a cristalli liquidi con i Bnnt allineati: oltre ad avere densità maggiore, è più flessibile e durevole. Crediti: Korea Institute of Science and Technology
Simulazioni condotte assieme alla Nasa hanno inoltre confermato che la pellicola di BNNT ha un’efficienza protettiva del 15 per cento più alta di quella data dall’alluminio a parità di mass thickness (spessore di una pellicola misurato in grammi per centimetro quadrato). Con uno spessore adeguato, lo scudo in BNNT può fornire ad astronauti sul suolo lunare una protezione dalle radiazioni paragonabile ai livelli di sicurezza della Stazione spaziale internazionale. I BNNT potrebbero dunque consentire di estendere la durata delle missioni spaziali, e rappresentare una tecnologia chiave per le future esplorazioni spaziali a lungo termine, per barriere protettive su basi lunari o marziane e per materiali ad alta efficienza per le tute spaziali.
«Il nostro risultato segna una svolta nel superare i limiti di produzione e lavorazione che hanno ostacolato l’applicazione pratica dei BNNT come scudo contro le radiazioni spaziali», conclude Jang Se Gy. «Data la loro resistenza meccanica e l’eccellente conduttività termica, i BNNT hanno un forte potenziale come materiale versatile di nuova generazione per l’uso non solo in applicazioni spaziali, ma anche in ambito aerospaziale, per la difesa e per le centrali nucleari, così come per altri impianti industriali avanzati».
Per saperne di più:
- Leggi su Advanced Functional Materials l’articolo “High-Density Boron Nitride Nanotube Composites via Surfactant-Stabilized Lyotropic Liquid Crystals for Enhanced Space Radiation Shielding“, di Young-Kyeong Kim, Ik Jae Lim, Hongjin Lim, Yongbi Joo, Jueun Park, Md Monir Hossain, Hyunjin Cho, Nam-Ho You, Seokhoon Ahn, Hunsu Lee, Sang Seok Lee, Yongho Joo, Se Youn Moon, Hee Il Yoo, Calista Lum, Cheol Park, Siyoung Q. Choi e Se Gyu Jang