Un film ultrasottile potrebbe proteggere i sistemi spaziali da neutroni e interferenze elettromagnetiche

La ricerca sui materiali avanzati continua a svolgere un ruolo chiave nello sviluppo delle tecnologie spaziali. Un nuovo materiale leggero, flessibile e stampabile in 3D potrebbe offrire una doppia protezione contro le interferenze elettromagnetiche e i neutroni, due fattori che rappresentano una sfida significativa per il corretto funzionamento dei sistemi elettronici impiegati nello spazio e in altri ambienti estremi.

Lo studio, realizzato da un team guidato dal Korea Institute of Science and Technology e pubblicato sulla rivista Advanced Materials nel 2026, evidenzia però un aspetto importante: il materiale non costituisce una barriera completa contro tutte le forme di radiazione cosmica e non è stato ancora testato in missioni spaziali reali né su astronauti.

Interferenze elettromagnetiche e neutroni: due minacce diverse

Satelliti, stazioni spaziali e veicoli orbitanti utilizzano numerosi sistemi elettronici che devono operare in condizioni particolarmente difficili. Le interferenze elettromagnetiche generate dai vari dispositivi possono compromettere le comunicazioni, alterare i segnali dei sensori o influire sul funzionamento dei componenti elettronici.

I ricercatori sottolineano che queste interferenze non devono essere confuse con altre forme di radiazione elettromagnetica più note, come raggi X o raggi gamma. L’obiettivo dello studio riguarda infatti la compatibilità elettromagnetica delle apparecchiature e non la protezione biologica delle persone.

Un’altra criticità è rappresentata dai neutroni, particelle prive di carica elettrica che possono attraversare diversi materiali, danneggiare semiconduttori e generare radiazioni secondarie. Nello spazio, tali particelle possono formarsi quando protoni ad alta energia e nuclei atomici colpiscono la struttura di un veicolo spaziale o altri materiali presenti a bordo.

La combinazione di due nanotubi in un unico materiale

Nanotubi di carbonio e nitruro di boro

Il nuovo materiale sfrutta l’unione di due tipologie di nanotubi con funzioni complementari.

I nanotubi di carbonio a parete singola possiedono un’elevata conducibilità elettrica e sono in grado di assorbire e riflettere le onde elettromagnetiche.

I nanotubi di nitruro di boro, invece, grazie all’elevato contenuto di boro, possono catturare una parte dei neutroni che attraversano il materiale.

Secondo gli autori dello studio, questa combinazione permette di integrare due funzioni di schermatura in una sola struttura, evitando l’impiego di strati separati, più pesanti o rigidi.

Quanto è efficace il nuovo film protettivo?

I test di laboratorio hanno mostrato risultati promettenti.

I film composti principalmente dai due tipi di nanotubi hanno raggiunto un’efficacia di schermatura elettromagnetica superiore a 50 decibel, un valore che corrisponde a un’attenuazione superiore al 99,999% nelle condizioni sperimentali adottate.

Per quanto riguarda i neutroni, gli scienziati hanno misurato un coefficiente di attenuazione pari a 1,27 per millimetro. In termini pratici, una barriera spessa un millimetro è stata in grado di ridurre il flusso di neutroni di circa il 72%.

La differenza tra schermatura elettromagnetica e neutronica

I ricercatori invitano tuttavia a interpretare correttamente i dati.

I film più sottili, con spessori di poche decine di micrometri, hanno mostrato un’elevata efficacia contro le interferenze elettromagnetiche. Il valore relativo all’assorbimento dei neutroni, invece, si riferisce a uno spessore di un millimetro, decisamente superiore a quello di un capello umano.

Una versione flessibile e stampabile in 3D

Per rendere il materiale più versatile, il team ha incorporato i nanotubi all’interno del polidimetilsilossano (PDMS), un polimero elastico con caratteristiche simili alla gomma.

Questa versione composita può essere modellata e realizzata tramite stampa 3D utilizzando la tecnica della scrittura diretta con inchiostro (direct ink writing).

Durante le prove, il materiale ha mantenuto sia le proprietà meccaniche sia quelle di schermatura anche dopo ripetute deformazioni.

La versione a base di PDMS ha raggiunto un’efficacia di schermatura elettromagnetica fino a 23 decibel con uno spessore inferiore a un millimetro. Sebbene le prestazioni siano inferiori rispetto ai film più concentrati di nanotubi, la maggiore flessibilità potrebbe favorire l’integrazione su superfici curve, componenti complessi o dispositivi indossabili.

La struttura a nido d’ape migliora le prestazioni

I vantaggi della geometria tridimensionale

La stampa 3D consente di realizzare forme complesse senza aumentare necessariamente la quantità di materiale utilizzata.

Tra le configurazioni sperimentate figurano strutture autoportanti a nido d’ape. In alcuni test questa geometria ha migliorato l’efficacia della schermatura fino al 15% rispetto a strutture piane equivalenti.

La forma tridimensionale aumenta infatti il percorso che onde e particelle devono attraversare, favorendo interazioni multiple con il materiale.

Gli autori precisano comunque che il miglioramento non è automatico: i risultati dipendono da fattori quali spessore, densità, geometria specifica e tipo di radiazione considerata.

Stabilità anche a temperature estreme

La versione polimerica è stata sottoposta a test in un intervallo di temperatura compreso tra -196 °C e 250 °C.

In queste condizioni il materiale ha mantenuto una buona stabilità meccanica e funzionale, resistendo anche a numerosi cicli di deformazione.

Si tratta di caratteristiche particolarmente interessanti per applicazioni aerospaziali, ma gli stessi ricercatori evidenziano che le prove di laboratorio non equivalgono a una qualificazione completa per l’impiego nello spazio.

Per essere utilizzato in una missione reale, il materiale dovrebbe essere sottoposto a ulteriori verifiche in condizioni di vuoto, cicli termici prolungati, esposizione a diverse tipologie di radiazione, vibrazioni, urti e fenomeni di degradazione a lungo termine.

Non rappresenta una protezione completa contro le radiazioni cosmiche

Nello spazio profondo gli astronauti sono esposti soprattutto a protoni, nuclei di elio e ioni pesanti provenienti dai raggi cosmici galattici e dagli eventi solari.

Il nuovo materiale affronta quindi soltanto una parte del problema. La capacità di assorbire neutroni può essere utile, ma lo studio non dimostra un’efficace protezione contro protoni ad alta energia o particelle pesanti.

Non è stato inoltre dimostrato che un rivestimento sottile possa ridurre in modo significativo la dose totale di radiazioni assorbita da una persona durante missioni di lunga durata verso la Luna o Marte.

Possibili applicazioni future

Le applicazioni più immediate potrebbero riguardare la protezione di componenti elettronici, sensori, cavi, dispositivi flessibili e superfici di satelliti o veicoli spaziali.

Il materiale potrebbe inoltre trovare impiego in settori come l’energia nucleare, le apparecchiature mediche, i sistemi di difesa e l’abbigliamento protettivo destinato a specifici ambienti professionali.

La leggerezza e la possibilità di realizzare strutture personalizzate tramite stampa 3D rappresentano vantaggi particolarmente rilevanti nel settore spaziale, dove ogni chilogrammo aggiuntivo comporta costi di lancio più elevati e maggiori complessità operative.

In attesa di ulteriori test e validazioni, questa nuova tecnologia offre comunque una prospettiva interessante per migliorare la protezione dei sistemi elettronici destinati agli ambienti più estremi.