Si potrebbe chiamare una scoperta shock. Rivestire materiali plastici o di gomma con antiossidanti come la vitamina E impedisce alla carica statica di accumularsi sulla superficie del polimero, riferiscono oggi i chimici. La scoperta potrebbe rivelarsi una soluzione economica a problemi come la polvere che si attacca alla plastica, le scosse elettriche statiche, o le scintille che danneggiano i circuiti televisivi e friggono le schede madri dei computer.
I bambini possono divertirsi con l’elettricità statica – quando strofinano i palloncini sui loro capelli, la gomma e i capelli si attaccano insieme a causa dell’attrazione tra le particelle cariche trasferite. Ma la carica statica che si accumula sui componenti industriali, come i filtri del carburante in plastica sulle auto o all’interno delle parti dei semiconduttori, può portare a scintille elettriche potenzialmente pericolose e a un accumulo di polvere.
Il puzzle dell’elettricità statica, spiega Bartosz Grzybowski, un chimico fisico della Northwestern University di Evanston, Illinois, è che anche se le particelle cariche dovrebbero respingersi a vicenda quando atterrano su una superficie isolante, facendole diffondere uniformemente su un materiale e disperdersi nell’aria, in realtà formano grumi stabili e duraturi. Questo porta all’accumulo di grandi quantità di carica statica strettamente confinata, sufficiente a scaricarsi bruscamente quando un percorso conduttivo diventa disponibile: per esempio, sparando attraverso un corpo umano a una ringhiera di metallo, o scintillando attraverso l’aria come un fulmine in miniatura.
Trattamento vitaminico
Il team di Grzybowski riferisce su Science di aver risolto il mistero. I ricercatori hanno esaminato al microscopio i modelli di carica elettrica e magnetica creati quando le particelle cariche atterrano sulle superfici dei polimeri. Hanno scoperto che le particelle cariche sono stabilizzate dai radicali – molecole reattive con elettroni di riserva non legati che si formano quando i legami chimici sono rotti su una superficie. I radicali condividono parte del peso della carica elettrica; senza di loro, le particelle cariche non sarebbero in grado di raggrupparsi così strettamente. La risposta, dice il team, è quella di applicare rivestimenti superficiali che reagiscono chimicamente con i radicali, spazzandoli via. Tali rivestimenti potrebbero includere la vitamina E, tra gli altri antiossidanti economici e non tossici. Alcune di queste sostanze chimiche sono infatti già aggiunte alle miscele di cui sono fatti i polimeri, al fine di ripulire i radicali che si formano quando la luce ultravioletta danneggia la plastica – ma non sono state usate come rivestimenti antistatici.
I ricercatori hanno dimostrato il loro caso usando soluzioni di spazzini di radicali per rivestire polimeri comuni, come perline di polistirene. Di sicuro, dopo essere state scosse per ottenere una carica statica, le perline rivestite si sono liberate della loro elettricità statica in pochi minuti. Gli scienziati hanno anche usato il loro rivestimento antistatico per proteggere un componente del transistor, mostrando che è rimasto intatto quando le particelle cariche sono state sparate da un cannone a ioni. “È davvero incredibile che la risposta sia così semplice”, dice Grzybowski.
Altri ricercatori contattati da Nature hanno trovato il lavoro eccitante. Il vero progresso è la comprensione delle cause alla base dell’elettricità statica, dice Michael Dickey, che fa ricerche sulla nanoelettronica alla North Carolina State University di Raleigh. “È molto intelligente nella semplicità di affrontare un vecchio problema”, aggiunge.
Gestire gli effetti dell’elettricità statica è “un problema molto grande nell’industria”, dice Fred Roska, un ricercatore della 3M a Saint Paul, Minnesota. Aggiunge che semplicemente trovare il modo di fornire particelle cariche che neutralizzino la carica statica che si accumula sui polimeri durante la produzione di semiconduttori, per esempio, è un mercato da miliardi di dollari. Le aziende industriali si occupano anche dell’elettricità statica modificando i materiali che usano: o coprendo i polimeri con acqua o rivestimenti di gel attraverso i quali la carica può dissiparsi, o inserendo strisce conduttive di metallo o nanotubi di carbonio in una miscela di polimeri per fornire un percorso per la carica statica per svanire.
Ma queste soluzioni comportano compromessi, dice Grzybowski, come rendere una plastica più conduttiva, e non affrontano la causa sottostante dell’accumulo statico. E pensa che i rivestimenti antiossidanti si riveleranno una soluzione più economica. Dice che ha brevettato la scoperta e spera di concederla in licenza ad aziende come 3M e Dow.
Questo articolo è riprodotto con il permesso della rivista Nature. L’articolo è stato pubblicato per la prima volta il 19 settembre 2013.