Studio dei fenomeni di Piezoresistività in nanocompositi a base di nanotubi di carbonio

I mezzi di trasporto del futuro saranno sempre più costituiti da strutture nanocomposite integrate non solo con lo scopo di aumentare prestazioni e confort di guida, di monitorare l'integrità strutturale, ma anche di aumentare la sicurezza attiva e passiva del veicolo preservando non solo la vita di chi è al suo interno, ma anche di chi è all'esterno. Per realizzare tutto questo sempre più sistemi nanostrutturati intelligenti. Il mio lavoro di tesi si colloca nell'ambito di un progetto finanziato dalla Regione Piemonte, in cui svolgono un ruolo fondamentale Università degli Studi di Torino e Centro Ricerche Fiat di Orbassano, in qualità di principali partner. Nel laboratorio di 'Smart Polymers' del Centro Ricerche si è così cercato di sviluppare materiali adatti all'integrazione diretta nell'autoveicolo, come switch-off integrati nella plancia o sensori integrati nel paraurti. Il 'sensing' di deformazione è infatti una delle più importanti e basilari funzioni che possono essere incorporate in un sistema 'smart'. Tutto ciò viene racchiuso in un'unica parola: Piezoresistività. Con il termine piezoresistività si intende pertanto la variazione della resistività del materiale a seguito di uno sforzo, ovvero di una deformazione applicata dall'esterno. La nano-strutturazione offre così vantaggi inimmaginabili a riguardo, consentendo di ottenere una maggiore sensibilità rispetto ai classici sensori di deformazione. Recentemente sono stati pubblicati numerosi lavori riguardanti materiali nanocompositi costituiti da nanotubi di carbonio CNTs immersi in una matrice polimerica, unendo così la grande versatilità e flessibilità di processing dei polimeri, alle proprietà elettromeccaniche uniche dei nanotubi di carbonio. In particolare in questo lavoro di tesi si è cercato di approfondire un argomento come la piezoresistività rimasto sotto diversi aspetti tutt'ora inesplorato. Nella prima parte sono stati caratterizzati tutti i materiali a disposizione in modo da avere un quadro completo delle proprietà morfologiche-strutturali e di stabilità termica dei diversi campioni di nanotubi e dei due polimeri polipropilenici. Quindi si sono effettuate analisi termogravimetriche TGA che analisi in microscopia elettronica SEM e TEM, mentre i campioni polimerici sono stati sottoposti ad analisi termica DSC. I materiali sopracitati sono stati così utilizzati per produrre un gran numero di mescole differenti tra loro ed i nanocompositi ottenuti sono stati inizialmente sottoposti a caratterizzazione elettrica statica, in modo da valutare la formazione oppure no del reticolo conduttivo. Su tali nanocompositi sono state anche effettuate analisi termiche DSC con lo scopo di valutarne l'integrità strutturale e analisi in microscopia FESEM (field emission SEM) per osservare la formazione oppure no del network conduttivo. Quindi mediante l'utilizzo di un layout sperimentale progettato appositamente per questo lavoro, ne è stata effettuata un'analisi delle proprietà elettromeccaniche, con lo scopo di studiare il fenomeno piezoresistivo. Sono state esplorate le principali variabili singolarmente, in modo da valutarne il ruolo sul fenomeno piezoresistivo. I materiali sono stati successivamente sottoposti a prove cicliche sia in trazione che in flessione con lo scopo di osservare gli andamenti piezoresistivi a seguito di successive sollecitazioni e in maniera estremamente empirica e del tutto preliminare, si è cercata una modellizzazione del fenomeno piezoresistivo