I materiali compositi sono materiali avanzati ottenuti dalla combinazione di due o più componenti con proprietà diverse, per ottenere un nuovo materiale con prestazioni superiori rispetto ai singoli componenti. In genere, sono composti da una matrice polimerica, metallica o ceramica che ne determina la forma, e da un rinforzo, spesso costituito da fibre (a base di carbonio, vetro o ceramica), che garantisce resistenza meccanica, rigidità e stabilità dimensionale. Grazie alle loro proprietà questi materiali sono sempre più utilizzati in settori dove è richiesta l’integrazione tra prestazioni elevate, riduzione del peso e durata nel tempo.
In questo contesto si inserisce Matrix First, un metodo innovativo sviluppato dal Laboratorio di Materiali ibridi dell’Istituto MEMTi sotto la guida del Prof. Alberto Ortona. Combinando design computazionale e additive manufacturing, questo approccio consente di realizzare matrici complesse con cavità interne ingegnerizzate, che vengono successivamente riempite con bandoli di fibre ad alte prestazioni. Il risultato è una struttura ottimizzata, progettata e realizzata per soddisfare specifici requisiti funzionali e migliorare significativamente le performance del materiale nelle sue condizioni di esercizio.
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Il Dr. Riccardo Balzarotti, ricercatore che coordina le attività di intensificazione di processo, sottolinea il potenziale trasformativo di questa tecnologia: “Matrix First apre nuove prospettive per l’ottimizzazione di materiali funzionali in diversi settori. Nell’ambito della chimica industriale, ad esempio, permette di creare supporti catalitici con geometrie specifiche, aumentando l’efficienza delle reazioni chimiche e riducendo il consumo di materie prime ed energia.”
Una larga parte dei processi della chimica industriale fa uso di catalizzatori, sostanze capaci di accelerare le reazioni chimiche senza essere consumate o trasformate irreversibilmente durante il processo: dalla produzione di combustibili alle sintesi chimica di fertilizzanti e plastiche, dai dispositivi per il trattamento dei gas di scarico alla biochimica industriale.
Ma i vantaggi non si fermano qui. La possibilità di realizzare strutture interne complesse si estende anche ad altri settori strategici. Nell’aerospazio, ad esempio, dove leggerezza e resistenza ad alte temperature sono fondamentali, o nell’automotive, dove materiali più efficienti possono contribuire a una mobilità più sostenibile.
Non meno rilevante è il settore energetico, in cui può essere applicato per realizzare supporti funzionali sia per la produzione e lo stoccaggio di energia sotto forma di combustibili, con benefici diretti per le nuove tecnologie sostenibili che all’interno di scambiatori di calore avanzati.
Il metodo Matrix First rappresenta quindi un passo avanti significativo nel campo della produzione di materiali compositi avanzati, offrendo nuove opportunità per migliorare l'efficienza dei processi, ridurre l'impatto ambientale e stimolare l’innovazione tecnologica nel settore industriale.