Intervista a: Chiara Gualandi e Tommaso Brugo, Università di Bologna

La ricerca universitaria è il motore per l’innovazione tecnologica, specialmente nel settore delle vernici. Trasformando rivestimenti tradizionali in materiali funzionali “smart” i ricercatori stanno aprendo la strada a sistemi di monitoraggio avanzati, unendo scienza dei materiali e ingegneria industriale e meccanica per promuovere il progresso tecnologico e la sicurezza delle strutture.

Abbiamo discusso di vernici meccanocromiche, con due ricercatori dell’Università di Bologna: la Prof.ssa Chiara Gualandi (Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”) e il Prof. Tommaso Brugo (Dipartimento di Ingegneria Industriale).

Potreste descrivere il vostro percorso di ricerca all’interno dell’Università e come è maturato l’interesse verso i materiali polimerici funzionali?
CG: Il mio percorso è iniziato e prosegue all’Università di Bologna, dove mi sono laureata in fotochimica e chimica dei materiali. Ho proseguito con un dottorato di ricerca nell’ambito della chimica e fisica dei materiali polimerici, inizialmente applicati all’ambito biomedicale. È stato in quel periodo che ho iniziato a studiare le correlazioni tra la struttura chimica e le proprietà dei materiali polimerici. Dal 2015, mi sono avvicinata progressivamente ai materiali polimerici “smart” capaci di reagire a stimoli esterni. L’interesse specifico verso le vernici è maturato negli ultimi 4-5 anni, quando abbiamo individuato composti con proprietà uniche per questo settore.

TB: Ho svolto il mio dottorato di ricerca in ingegneria meccanica presso l’università di Bologna lavorando sulle nanotecnologie applicate ai materiali compositi, con il fine di aumentare la tenacità a frattura tramite l’impiego di tessuti polimerici nanofibrosi. Collaboro con Chiara da molti anni, unendo le mie competenze meccaniche alle sue conoscenze chimiche. Il nostro interesse comune è nato dalla necessità di monitorare lo stato di salute delle strutture (Structural Health Monitoring), passando da approcci basati su segnali elettrici allo sviluppo di vernici intelligenti.

Quali sono stati gli elementi chiave dello sviluppo delle vernici “smart” nel vostro laboratorio e quali principi chimico-fisici ne governano il funzionamento? Perché si definiscono meccanocromiche?
CG: Il cuore della nostra tecnologia risiede nell’uso di cristalli ibridi organici e inorganici, principalmente a base di rame, che utilizziamo come additivi nella vernice. Questi cristalli si presentano come una polvere bianca di dimensioni micrometriche. Si definiscono meccanocromiche perché cambiano il loro colore di emissione (luminescenza) quando vengono sottoposte a uno sforzo meccanico, come un urto o una pressione.

TB: Per spiegare il principio, facciamo spesso l’analogia con la pelle umana: quando subiamo un urto, si sviluppa un livido che ci segnala la presenza di un danno. Le nostre vernici fanno lo stesso. Sotto luce visibile la vernice appare normale, ma se illuminata con una lampada UV, la zona che ha subito l’impatto cambia colore. Ad esempio, una polvere che emette nel blu può diventare verde dopo essere stata sollecitata meccanicamente. Questo cambiamento è proporzionale alla forza e all’energia dell’impatto, permettendoci di creare una vera scala cromatica correlata all’entità del danno.

Quali vantaggi offrono le vernici che avete sviluppato rispetto alle tecnologie tradizionali?
CG: Un vantaggio fondamentale è la facilità di integrazione. Abbiamo sviluppato additivi che possono essere inseriti in formulazioni di vernici già commerciali e ottimizzate (poliuretaniche, acriliche, epossidiche ecc.) durante la fase di formulazione. È sufficiente un’aggiunta di circa il 5% in peso per conferire la funzionalità meccanocromica.

TB: L’aspetto rivoluzionario è la memoria del segnale. Molti materiali esistenti perdono l’emissività acquisita dopo poco tempo; i nostri composti, invece, conservano il cambiamento di colore nel tempo, agendo come un registratore storico del danneggiamento che ha subito il componente. Inoltre, il segnale è facilmente quantificabile: stiamo sviluppando un algoritmo che permette di determinare la forza dell’impatto semplicemente processando una foto scattata con uno smartphone.
Questo rende il monitoraggio estremamente rapido ed economico rispetto a scansioni strutturali tradizionali.

In quali settori vedete le applicazioni più promettenti e quali requisiti industriali avete dovuto considerare? Che interesse avete ricevuto dal mondo delle imprese?
TB: I settori più promettenti sono l’aerospaziale e il motorsport (automotive ad alte prestazioni). In questi ambiti si usano materiali compositi in fibra di carbonio che possono subire danni interni non visibili esternamente, ma potenzialmente catastrofici. Altri settori includono l’energia (pale eoliche), le infrastrutture offshore e la carpenteria pesante.

CG: Durante lo sviluppo abbiamo dovuto garantire che la sintesi dell’additivo fosse scalabile, veloce e a basso impatto ambientale. I costi sono ridotti poiché non utilizziamo elementi rari. Abbiamo riscontrato un forte interesse da parte degli utilizzatori finali, che hanno bisogno di dare valore aggiunto ai loro materiali. Tuttavia, il mondo dei produttori di vernici è talvolta più cauto, spesso focalizzato su problemi regolatori o di costo, ma siamo fiduciosi che l’identificazione di bisogni specifici guiderà l’adozione industriale.

In che modo la ricerca universitaria sta collaborando con le imprese per accelerare l’innovazione?
CG: All’Università di Bologna la cultura del trasferimento tecnologico è molto radicata. Collaboriamo con aziende del territorio che ci forniscono vernici per i test e cerchiamo partner industriali per sviluppare l’applicazione finale. Partecipiamo attivamente a convegni internazionali e abbiamo vinto premi per le nostre ricerche.

TB: Attualmente lavoriamo grazie a finanziamenti nazionali e internazionali, come il progetto PNRR “STIGMA” o collaborazioni con l’Adolphe Merkle Institute in Svizzera nell’ambito del progetto “COLORaDO”. Il nostro obiettivo è superare il “muro culturale” esistente oggi tra accademia e industria, dimostrando che l’innovazione funzionale può risolvere problemi critici, come la riduzione dei cicli di manutenzione e l’aumento della sicurezza dei velivoli. Le vernici meccanocromiche agiscono come un “sistema nervoso artificiale” per le macchine: proprio come i recettori della nostra pelle inviano un segnale al cervello quando subiamo un urto, queste vernici registrano in modo indelebile ogni sollecitazione, permettendo alla struttura di raccontare la propria storia di stress e prevenire guasti improvvisi.

Dalla ricerca italiana il futuro dei rivestimenti “intelligenti” che promettono maggiore sicurezza e manutenzioni ridotte integrando l’innovazione dei nuovi materiali per i settori aerospaziale, automobilistico e delle infrastrutture industriali critiche.