E se il futuro fosse nano?

Premessa

Questo articolo nasce da una mia personale indagine condotta qualche mese fa’ su una particolare tecnologia.
Avevo iniziato ad interessarmi ai nano tubi più che altro per un piacere intellettuale anche se poi, leggendo via via i vari studi, mi è sorto il dubbio che questa tecnologia potrebbe essere applicata anche alle canne da pesca.
Alla fine di un certo peregrinare tra studi italiani, americani e gli immancabili giapponesi, ho riposto il tutto nel cassetto perché, al di là di un interesse culturale, la tecnologia è ancora giovane e dopo aver letto i risultati dei test non mi sembra sia facilmente applicabile alle canne da mosca anzi, non ce la vedo proprio.
Poi, come spiego di seguito, ho preso in mano delle canne che già usano questa tecnologia (mi hanno fregato sul tempo per il brevetto ) e di colpo mi è venuto un flash, già mi vedevo la pubblicità delle nano canne pam, iper costose, iper sborone, iper tutto. Allora mi sono detto “aspetta che scrivo due righe così quando sbarcheranno sul mercato pam già sapremo di cosa si parla”. Poi ognuno trae le sue conclusioni ed ovviamente chissà quanti passi deve ancora fare la tecnica, in ogni caso vi avrò almeno un po’ avvisati per tempo.
P.S. tanto per darvi una stima, le canne che ho preso in mano con il nanolith costano circa il doppio di quelle prodotte con il miglior carbonio in circolazione.
Qualche sera fa’ ho accompagnato mio padre ad una dimostrazione di canne da pesca (al tocco), non è che l’argomento mi interessi adesso, ma la curiosità di vedere come si evolve un mondo che ho abbandonato tempo fa c’è, e poi era anche l’occasione per rivedere alcuni e per bere un buon bicchiere di bonarda.
Non dico la marca che il personaggio presentava, per ovvi motivi, ma tra una chiacchiera e l’altra, ho preso in mano queste mega canne da dieci/undici metri per le gare in torrente. La mia iniziale indifferenza in un secondo netto è sparita: leggere, e con una rigidità pazzesca. Incuriosito comincio a studiare il tessuto del carbonio perché mi sembra proprio strano che siano riusciti a raggiungere questi livelli con i carboni attualmente a disposizione. Infatti la linea costruttiva mi sembra alquanto semplice, addirittura con una tipologia di avvolgimento del carbonio sui mandrini che pensavo poco usata per questo tipo di canne (quella per intenderci con la chiusura del foglio di carbonio sul mandrino che lascia la spina in vista).
Esterrefatto esamino le varie sigle dei brevetti che compaiono sulla canna e tutto si fa più chiaro: quelle canne sono costruite con il Nanolith, che non è un omino piccolo e leggero ( quello è il nano light), bensì una particolare tecnica di costruzione che cercherò brevemente di spiegarVi per sfamare la vostra bramosa curiosità che so adesso essere spasmodicamente al culmine.
Infatti figuratevi se io da tempo non mi ero informato su questi nuovissimi materiali e sulle loro caratteristiche meccaniche/chimiche, d’altronde quando uno è malato è malato e non c’è nulla da fare.
Vedremo poi di capire se questo tipo di tecnologia potrà essere portata su una canna da mosca ed eventualmente quali effetti potrebbe avere. Vi spiegherò anche come nascono i nani di carbonio (non dall’accoppiamento di due persone di piccola statura) e come possono essere utilizzati.
Ribadisco che per nano di carbonio intendo piccole particelle infinitesimali di carbonio, non preziose statuine da giardino in materiali tecnologici.

Un po’ di Storia

I carbon nanotubes (che da adesso in poi chiamerò CN) vengono scoperti per caso da un giapponesino (non poteva essere altrimenti) di nome Sumio Iijima nel 1991 mentre stava tentando di produrre una cosa completamente diversa che è il fullerene C60.
Ovviamente sono a base di grafite e in poche parole sono particelle di carbonio della grandezza di qualche nano metro (circa un miliardesimo di metro, mt) e lunghi circa un micron ( mt) geometricamente organizzate. Esistono in due forme diverse, una tubolare ed una rettilinea, e rappresentano in buona sostanza la terza forma allotropica del carbonio, cioè sono il terzo modo di avere il carbonio, gli altri due sono il diamante e la grafite.
Il bello della scoperta del sig. Sumio è che la configurazione del carbonio da lui sintetizzata non esiste in natura, il che rappresenta una cosa fantastica ed assolutamente innovativa.
Di seguito vi riporto l’immagine della struttura atomica delle varie forme del carbonio

Come si formano i CN?

Ci sono essenzialmente tre metodi di produzione, ve ne illustro solo due, tanto per dare una infarinatura tale da poter capire che non sono affatto semplici da fare e quindi il loro costo di conseguenza è decisamente elevato.
Poi mi immagino anche che qualcuno di voi al bar del paese si dilunga al banco di fronte ad un buon bianco intrattenendo i vari pensionati sui metodi di produzione di CN più in voga ed enunciando le proprie personali considerazioni sui rispettivi vantaggi
La sintesi dei CN può essere fatta tramite arco voltaico: in un ambiente inerte (con argon o elio) si genera una arco voltaico autosostenuto (avete presente le scariche elettriche che si vedono nei vecchi film dell’orrore tipo Franchestein? una cosa del genere).
Gli elettrodi rivestono una grande importanza e possono essere di tre tipi:
- grafite-grafite
- grafite –grafite drogata (nichel o cobalto a far da droga)
- grafite (sia pura che drogata)-metallo (di solito molibdeno)

Nel corso del processo di generazione dell’arco voltaico si crea una nube di atomi di carbonio che si deposita dall’elettrodo anodico (quello del + ) a quello catodico (-) con la conseguente deposizione di CN.
La migliore configurazione prevede che il catodo (-) sia cavo, così la deposizione è migliore.
L’ultima informazione su questo metodo è che i voltaggi applicati sono dell’ordine di alcune decine di volt con una intensità di 100 Ampere.
Se qualcuno vuole provare a costruirsi a casa il proprio arco voltaico mi contatti che gli fornisco lo schema.
Un altro modo molto tecnologico è la sintesi tramite ablazione laser e consiste nel colpire in ambiente inerte un pezzo di grafite pressata (pura o drogata) con un fascio laser creando l’ablazione (distacco, rilascio) di atomi di carbonio che vanno a depositarsi su un collettore.
Vi risparmio i dettagli tecnici, ma vi dico che il sistema al laser è decisamente migliore ma molto più dispendioso e le apparecchiature sono decisamente complesse da maneggiare e da costruire, per contro però produce CN molto puri ed in notevole quantità.
Ecco una immagine di ciò che si ottiene.
I filamenti che vedete sono i CN che una volta depurati dalle impurità diventano così Come si vede nell’immagine in precedenza la linea sotto indica che quelli sono 10 micro metri cioè 0,000001 mt.

Le applicazioni dei CN

Tralascio volutamente l’interessantissimo aspetto della morfologia dei nano tubi, per passare direttamente alle applicazioni pratiche.
Ovviamente esistono tutta una serie di applicazioni pratiche, dalla micro elettronica, alla micro meccanica, quello che interessa a noi è lo sviluppo di compositi polimerici nanoparticellati.
In pratica, la normale resina polimerica, utilizzata per la costruzione delle canne in carbonio (vedi mio articolo precedente), viene arricchita con CN. Questo comporta che parte degli sforzi che sopporta il tessuto di carbonio che viene impregnato di resina sono trasferiti alla matrice polimerica che a sua volta li fa svolgere dai nanotubi.
Ci sono però dei problemi oggettivi ancora da risolvere e le applicazioni in questo campo sono ancora agli inizi. Bisogna trovare il modo per avere la distribuzione omogenea dei CN e non è una cosa facile perché stiamo parlando di robine grandi un milionesimo di metro e quindi difficilmente maneggiabili, inoltre le caratteristiche meccaniche sono nettamente diverse tra CN e resina epossidica e se vengono mischiati male si rischia di creare zone troppo rigide e quindi maggiormente fragili.
Attualmente in laboratorio si riesce a produrre egregiamente dei campioni con il 10% in peso di particelle CN e questo per ora sembra essere il limite idoneo per avere provini da sottoporre a campionatura per un raffronto.
Quindi si sono condotti diversi esperimenti atti a valutare tantissimi aspetti di questi nuovi materiali, io cito esclusivamente quello che mi interessa da un punto di vista meccanico.
Tra un campione con una percentuale del 0% di CN (quindi normale resina epossidica polimerizzata) ed uno con il 10% di CN polimerizzati c’è uno scarto di circa il 12.52% nel modulo di Young (vedi articoli precedenti). In altre parole, per ottenere la stessa deformazione devo applicare il 12,52% di forza in più nel campione con il 10% di CN, quindi all’aumentare del CN aumenta la rigidità e di conseguenza la fragilità.
Partendo da questi esperimenti gli scienziati si sono spinti oltre creando strutture per applicazioni aerospaziali di forma tubolare utilizzando vari materiali. Fermo restando che le dimensioni sono decisamente diverse dalle nostre canne da pesca, il concetto però è lo stesso ed è interessante analizzarne i risultati soprattutto perché sono state impiegate per i confronti dei materiali che troviamo anche nelle nostre canne da pesca.
Va sottolineato che prima abbiamo visto che il modulo di Young della resina epossidica aumenta all’aumentare della percentuale di CN, ora invece riporterò i dati di confronti tra compositi e quindi si valuta effettivamente il comportamento della resina con CN+carbonio a fibra lunga.
In questi esperimenti sono stati presi in esame tre materiali (utili per noi per avere dei termini di confronto) una lega si super alluminio AL2024, un composito di carbonio alto modulo a fibra lunga e matrice epossidica (HS/EP), un composito di carbonio alto modulo a fibra lunga con una matrice epossidica arricchita con il 5% di CN (HS/EP +5%CN).
Le prove sono state fatte su un campione cilindrico del raggio di 1,5 mt e alto 4 mt (i risultati con le dovute proporzioni sono riportabili sulle canne).Vi enuncio i risultati, poi ne parliamo:

Analizziamo i risultati concentrandoci sui due materiali per noi più interessanti; l’aggiunta di CN alla resina ci dà un aumento del modulo di Young al composito di circa il 30% ed una diminuzione di peso di circa il 20%, quindi, rapportando questi dati alle nostre canne da pesca potremmo ipoteticamente produrre canne più leggere del 20% e più rigide del 30%.
Per il pam però questo è un bene? Per avere la stessa deformazione devo mettere il 30% di sforzo in più, inoltre l’elasticità viene di conseguenza ridotta il che porta ad avere canne che fanno molta fatica a caricarsi e che non resistituiscono in termini di elasticità. In pratica, se rapportiamo questi risultati sui tre metri medi di una canna pam avremo un autentico palo, ma non in termini eufemistici, nel vero senso della parola.
Quelle che ho preso in mano io, di cui non conosco la percentuale di nano utilizzato, avevano una rigidità spaventosa ed erano lunghe 11 mt e mezzo quindi avevano un momento flettente importante e nonostante tutto mantenevano una stabilità impressionante, figuriamoci rapportare lo stesso materiale, con le dovute conicità, ad una canna da 7 ‘6, avremo molto probabilmente una canna leggerissima senza dubbio, ma per caricarla e lanciarci dovrei usare una coda 12.
Dico dovrei perché immagino la canna nelle mie mani, cioè in quelle del pam medio, che lancia sufficientemente, ovvio che c’è gente che lancia con i manici di scopa, ma non credo che tutti, se rompiamo la canna la rimpiazziamo temporaneamente con il manico della scopa (anche perché chissà quante mogli arrabbiate ci sarebbero in giro per l’Italia ).
C’è anche un’altra considerazione da fare: come dicevo in precedenza la tecnologia è ancora giovane e le possibilità di percentuale dei CN in resina sono praticamente infinite, quindi in futuro si potranno assistere a migliaia di sviluppi sul tema, con innumerevoli sfaccettature e magari si riesce a studiare qualcosa che vada bene anche per la pam, io però parto scettico.
Inoltre se anche fosse possibile, con una percentuale diciamo del 1% di CN ridurre il peso del 5% ed aumentare il modulo di Young del 6% varrebbe la pena spendere un pacco di soldi per una canna che pesa (su una media di 90 gr per una 9’) 4,5 gr in meno?
La mia risposta è che domani mattina andrò a cavedani con il mio bamboo, il nano carbonio può attendere.