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Metamateriali per calore e corrente elettrica grazie a Unisannio e Harvard

Redazione Controcampus 11 Giugno 2014
R. C.
03/11/2024

Università degli Studi del Sannio di Benevento - Unisannio e Harvard progettano metamateriali innovativi per manipolare calore e corrente elettrica Progettare metamateriali multifunzionali in grado di operare in diversi domini fisici sembra essere una possibilità più vicina.

Uno studio di ricercatori delle Università del Sannio e di Harvard presenta un approccio teorico al progetto di metamateriali in grado di manipolare diverse quantità fisiche in maniera indipendente e simultanea.

Il settore dei “metamateriali” ha avuto negli ultimi anni uno sviluppo enorme, grazie alla capacità di indurre risposte fisiche assenti in natura. Proposti inizialmente per controllare la luce con modalità senza precedenti, questi materiali artificiali sono stati recentemente generalizzati per manipolare altre quantità fisiche in diversi campi, quali acustica, elastodinamica e finanche trasmissione del calore. Nonostante l’intrinseca versatilità delle tecniche di progetto alla base, gran parte delle applicazioni è al momento limitata alla realizzazione di singole funzionalità in un dato dominio fisico. Ad esempio, sono stati proposti diversi “mantelli di invisibiltà” basati su metamateriali in grado di rendere un oggetto “invisibile” rispetto a un dato osservabile fisico (ad esempio, luce), ma senza alcun controllo su altri fenomeni fisici (suono, calore, etc.).

Metamateriali per calore e corrente elettrica: Unisannio e Harvard

Lo studio, pubblicato nella rivista Physical Review X, è stato guidato da Vincenzo Galdi, Professore Associato del Dipartimento di Ingegneria dell’Università del Sannio, e Yuki Sato, Rowland Junior Fellow al Rowland Institute dell’Università di Harvard. Il gruppo di ricerca include Giuseppe Castaldi, Ricercatore all’Università del Sannio, Massimo Moccia, Ricercatore Postdoc nel Gruppo di ricerca di Galdi, e Salvatore Savo, Ricercatore Postdoc nel Gruppo di ricerca di Sato.

“Se pensiamo a un circuito integrato, ogni componente è progettato per giocare un ruolo specifico: le interconnesioni metalliche trasportano la corrente elettrica, mentre un blocco separato agisce da dissipatore di calore”, ha illustrato Sato. “La capacità di progettare un singolo blocco in modo da eseguire funzioni multiple in diversi domini fisici, in maniera indipendente ma simultanea, potrebbe condurre a modalità completamente diverse per il progetto di sistemi complessi.”

Dal punto di vista matematico, l’approccio proposto dai ricercatori è basato sulla ben nota tecnica delle trasformazioni di coordinate. Questa tecnica, interpretando la deflessione del flusso di energia come una distorsione dello spazio dovuta a una trasformazione di coordinate, fornisce una ricetta sistematica ed efficace per il progetto e la fabbricazione di strutture artificiali in grado di manipolare il flusso di una data quantità fisica in maniera desiderata.

“Tipicamente, questa teoria si applica a un singolo dominio fisico”, ha spiegato Galdi. “Nel nostro approccio, invece sfruttiamo trasformazioni di coordinate distinte (sebbene interconnesse) per manipolare simultaneamente fenomeni fisici multipli in maniera indipendente. Così, ad esempio, un materiale può essere progettato per esibire una particolare funzionalità termica, pur avendo una funzionalità elettrica drasticamente diversa.”

Come possibile esempio, i ricercatori hanno progettato un “guscio” di metamateriale che si comporta da concentratore termico e mantello di invisibilità elettrico. In un guscio di questo tipo, il flusso termico e la corrente elettrica seguono dei percorsi marcatamente diversi, con il primo che tende a concentrarsi nella regione interna, mentre la seconda tende a evitare la stessa regione.

Schema di principio: In un materiale convenzionale omogeneo (riquadro superiore) il flusso termico e la corrente elettrica seguono percorsi rettilinei. In presenza di un guscio anulare di metamateriale opportunamente progettato (riquadro inferiore), il flusso termico è deviato in modo da concentrarsi nella regione interna al guscio, mentre la corrente elettrica è deflessa in modo da evitare la stessa regione. Come risultato, la struttura si comporta simultaneamente da concentratore termico e mantello di invisibilità elettrico.

“Oltre a fornire una prova di principio, la manipolazione indipendente di correnti elettriche e termiche è molto importante dal punto di vista applicativo”, ha evidenziato Sato. “Un’applicazione particolarmente intrigante è l’ingegnerizzazione di materiali termoelettrici, che risultano estremamente promettenti per il riciclo energetico attraverso la conversione di calore residuo (generato ad esempio dal processore di un computer) in potenza elettrica aggiuntiva. Per questi materiali, il controllo indipendente della conducibilità elettrica e di quella termica è di fondamentale importanza, e potrebbe incidere sulla figura di merito con modalità ancora largamente inesplorate.”

Sebbene siano basati su teoria e simulazioni numeriche, i risultati dello studio indicano che la realizzazione pratica di questi metamateriali dovrebbe essere alla portata delle attuali tecnologie di fabbricazione.

“Mentre le generalizzazioni matematiche sono state relativamente semplici, il vero problema è stato fornire una dimostrazione convincente della fattibilità pratica di questi metamateriali”, ha sottolineato Galdi. “Le nostre simulazioni numeriche mostrano effettivamente che queste strutture possono essere fabbricate attraverso piccoli sotto-blocchi elementari di materiali realistici, come ad esempio grafite, fibre di carbonio e nitruro di alluminio.”

Oltre alla fabbricazione dei metamateriali e ai test di laboratorio, le ricerche future sono anche orientate a esplorare possibili estensioni dell’approccio.

Il nostro approccio può essere esteso e applicato a una varietà di scenari che comprendono fenomeni elettrici, magnetici, acustici e termici in diverse combinazioni, in regime sia statico sia dinamico”, ha evidenziato Sato. “Inoltre, questo concetto può essere integrato in materiali avanzati quali polimeri, materiali ceramici, biomateriali e film sottili, abbracciando diversi ordini di grandezza in scala, dal livello atomico e molecolare ai compositi macroscopici.”

“L’applicazione di tecniche di progetto basate su trasformazioni di coordinate ha avuto un impatto dirompente nell’ottica e nella fotonica, portando al concepimento e alla realizzazione di un grande varietà di metamateriali elettromagnetici con attributi non convenzionali”, ha aggiunto Galdi. “Ci aspettiamo che l’ingegnerizzazione di materiali basati su trasformazioni di coordinate in domini fisici multipli possa, allo stesso modo, aprire la strada al progetto di materiali multifunzionali con caratteristiche senza precedenti.”

© Riproduzione Riservata
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Dalle origini al 2004 Controcampus nacque nel Settembre del 2001 quando Mario Di Stasi, allora studente della facoltà di giurisprudenza presso l’Università degli Studi di Salerno, decise di fondare una rivista che offrisse la possibilità a tutti coloro che vivevano il campus campano di poter raccontare la loro vita universitaria, e ad altrettanta popolazione universitaria di conoscere notizie che li riguardassero. Il primo numero venne diffuso all’interno della sola Università di Salerno, nei corridoi, nelle aule e nei dipartimenti. Per il lancio vennero scelti i tre giorni nei quali si tenevano le elezioni universitarie per il rinnovo degli organi di rappresentanza studentesca. In quei giorni il fermento e la partecipazione alla vita universitaria era enorme, e l’idea fu proprio quella di arrivare ad un numero elevatissimo di persone. Controcampus riuscì a terminare le copie date in stampa nel giro di pochissime ore. Era un mensile. La foliazione era di 6 pagine, in due colori, stampate in 5.000 copie e ristampa di altre 5.000 copie (primo numero). Come sede del giornale fu scelto un luogo strategico, un posto che potesse essere d’aiuto a cercare fonti quanto più attendibili e giovani interessati alla scrittura ed all’ informazione universitaria. La prima redazione aveva sede presso il corridoio della facoltà di giurisprudenza, in un locale adibito in precedenza a magazzino ed allora in disuso. La redazione era quindi raccolta in un unico ambiente ed era composta da un gruppo di ragazzi, di studenti (oltre al direttore) interessati all’idea di avere uno spazio e la possibilità di informare ed essere informati. Le principali figure erano, oltre a Mario Di Stasi: Giovanni Acconciagioco, studente della facoltà di scienze della comunicazione Mario Ferrazzano, studente della facoltà di Lettere e Filosofia Il giornale veniva fatto stampare da una tipografia esterna nei pressi della stessa università di Salerno. Nei giorni successivi alla prima distribuzione, molte furono le persone che si avvicinarono al nuovo progetto universitario, chi per cercarne una copia, chi per poter partecipare attivamente. Stava per nascere un nuovo fenomeno mai conosciuto prima, Controcampus, “il periodico d’informazione universitaria”. “L’università gratis, quello che si può dire e quello che altrimenti non si sarebbe detto”, erano questi i primi slogan con cui si presentava il periodico, quasi a farne intendere e precisare la sua intenzione di università libera e senza privilegi, informazione a 360° senza censure. Il giornale, nei primi numeri, era composto da una copertina che raccoglieva le immagini (foto) più rappresentative del mese, un sommario e, a seguire, Campus Voci, la pagina del direttore. La quarta pagina ospitava l’intervista al corpo docente e o amministrativo (il primo numero aveva l’intervista al rettore uscente G. Donsi e al rettore in carica R. Pasquino). Nelle pagine successive era possibile leggere la cronaca universitaria. A seguire uno spazio dedicato all’arte (poesia e fumettistica). I caratteri erano stampati in corpo 10. Nel Marzo del 2002 avvenne un primo essenziale cambiamento: venne creato un vero e proprio staff di lavoro, il direttore si affianca a nuove figure: un caporedattore (Donatella Masiello) una segreteria di redazione (Enrico Stolfi), redattori fissi (Antonella Pacella, Mario Bove). Il periodico cambia l’impaginato e acquista il suo colore editoriale che lo accompagnerà per tutto il percorso: il blu. Viene creata una nuova testata che vede la dicitura Controcampus per esteso e per riflesso (specchiato), a voler significare che l’informazione che appare è quella che si riflette, quello che, se non fatto sapere da Controcampus, mai si sarebbe saputo (effetto specchiato della testata). La rivista viene stampa in una tipografia diversa dalla precedente, la redazione non aveva una tipografia propria, ma veniva impaginata (un nuovo e più accattivante impaginato) da grafici interni alla redazione. Aumentarono le pagine (24 pagine poi 28 poi 32) e alcune di queste per la prima volta vengono dedicate alla pubblicità. Viene aperta una nuova sede, questa volta di due stanze. Nel Maggio 2002 la tiratura cominciò a salire, fu l’anno in cui Mario Di Stasi ed il suo staff decisero di portare il giornale in edicola ad un prezzo simbolico di € 0,50. Il periodico era cosi diventato la voce ufficiale del campus salernitano, i temi erano sempre più scottanti e di attualità. Numero dopo numero l’obbiettivo era diventato non più e soltanto quello di informare della cronaca universitaria, ma anche quello di rompere tabù. Nel puntuale editoriale del direttore si poteva ascoltare la denuncia, la critica, la voce di migliaia di giovani, in un periodo storico che cominciava a portare allo scoperto i risultati di una cattiva gestione politica e amministrativa del Paese e mostrava i primi segni di una poi calzante crisi economica, sociale ed ideologica, dove i giovani venivano sempre più messi da parte. Disabilità, corruzione, baronato, droga, sessualità: sono questi alcuni dei temi che il periodico affronta. Nel 2003 il comune di Salerno viene colto da un improvviso “terremoto” politico a causa della questione sul registro delle unioni civili, “terremoto” che addirittura provoca le dimissioni dell’assessore Piero Cardalesi, favorevole ad una battaglia di civiltà (cit. corriere). Nello stesso periodo Controcampus manda in stampa, all’insaputa dell’accaduto, un numero con all’interno un’ inchiesta sulla omosessualità intitolata “dirselo senza paura” che vede in copertina due ragazze lesbiche. Il fatto giunge subito all’attenzione del caporedattore G. Boyano del corriere del mezzogiorno. È cosi che Controcampus entra nell’attenzione dei media, prima locali e poi nazionali. Nel 2003 Mario Di Stasi avverte nell’aria segnali di cambiamento sia della società che rispetto al periodico Controcampus. Pensa allora di investire ulteriormente sul progetto, in redazione erano presenti nuove figure: Ernesto Natella, Laura Muro, Emilio C. Bertelli, Antonio Palmieri. Il periodico aumenta le pagine, (44 pagine e poi 60 pagine), è stampato interamente a colori, la testata è disegnata più piccola e posizionata al lato sinistro della prima pagina. La redazione si trasferisce in una nuova sede, presso la palazzina E.di.su del campus di Salerno, questa volta per concessione dell’allora presidente dell’E.di.su, la Professoressa Caterina Miraglia che crede in Controcampus. Nello stesso anno Controcampus per la prima volta entra nel mondo del Web e a farne da padrino è Antonio Palmieri, allora studente della facoltà di Economia, giovane brillante negli studi e nelle sue capacità web. Crea un portale su piattaforma CMS realizzato in asp. È la nascita di www.controcampus.it e l’inizio di un percorso più grande. Controcampus è conosciuto in tutti gli atenei italiani, grazie al rapporto e collaborazione che si instaura con gli uffici stampa di ogni ateneo, grazie alla distribuzione del cartaceo ed alla nuova iniziativa manageriale di aprire sedi - redazioni in tutta Italia. Nel 2004 Mario Di Stasi, Antonio Palmieri, Emilio C. Bertelli e altri redattori del periodico controcampus vengono eletti rappresentanti di facoltà. Questo non permette di sporcare l’indirizzo e linea editoriale di Controcampus, che resta libera da condizionamenti di partito, ma offre la possibilità di poter accedere a finanziamenti provenienti dalla stessa Università degli Studi di Salerno che, insieme alla pubblicità, permettono di aumentare gli investimenti del gruppo editoriale. Ciò nonostante Controcampus rispetto alla concorrenza doveva contare solamente sulle proprie forze. La forza del giornale stava nella fiducia che i lettori avevano ormai riposto nel periodico. I redattori di Controcampus diventarono 15, le redazioni nelle varie università italiane aumentavano. Tutto questo faceva si che il periodico si consolidasse, diventando punto di riferimento informativo non soltanto più dei soli studenti ma anche di docenti, personale e politici, interessati a conoscere l’informazione universitaria. Gli stessi organi dell’istruzione quali Miur e Crui intrecciavano rapporti di collaborazione con il periodico. Dal 2005 al 2009 A partire dal 2005 Controcampus e www.controcampus.it ospitano delle rubriche fisse. Le principali sono: Università, la rubrica dedicata alle notizie istituzionali Uni Nord, Uni Centro e Uni Sud, rubriche dedicate alla cronaca universitaria Cominciano inoltre a prender piede informazioni di taglio più leggero come il gossip che anche nel contesto universitario interessa. La redazione di Controcampus intuisce che il gossip può permettergli di aumentare il numero di lettori e fedeli e nasce cosi da controcampus anche una iniziativa che sarà poi riproposta ogni anno, Elogio alla Bellezza, un concorso di bellezza che vede protagonisti studenti, docenti e personale amministrativo. Dal 2006 al 2009 la rivista si consolida ma la difficoltà di mantenete una tiratura nazionale si fa sentire anche per forza della crisi economia che investe il settore della carta stampata. Dal 2009 ad oggi Nel maggio del 2009 Mario Di Stasi, nel tentativo di voler superare qualsiasi rischio di chiusura del periodico e colto dall’interesse sempre maggiore dell’informazione sul web (web 2.0 ecc), decide di portare l’intero periodico sul web, abbandonando la produzione in stampa. Nasce un nuovo portale: www.controcampus.it su piattaforma francese Spip. Questo se da un lato presenta la forza di poter interessare e raggiungere un vastissimo pubblico (le indicizzazioni lo dimostrano), dall’altro lato presenta subito delle debolezze dovute alla cattiva programmazione dello stesso portale. Nel 2012 www.controcampus.it si rinnova totalmente, Mario Di Stasi porta con se un nuovo staff: Pasqualina Scalea (Caporedattore), Dora Della Sala (Vice Caporedattore), Antonietta Amato (segreteria di Redazione) Antonio Palmieri (Responsabile dell’area Web) Lucia Picardo (Area Marketing), Rosario Santitoro ( Area Commerciale). Ci sono nuovi responsabili di area, ciascuno dei quali è a capo di una redazione nelle diverse sedi dei principali Atenei Italiani: sono nuovi giovani vogliosi di essere protagonisti in un’avventura editoriale. Aumentano e si perfezionano le competenze e le professionalità di ognuno. Questo porta Controcampus ad essere una delle voci più autorevoli nel mondo accademico. Nel 2013 www.controcampus.it si aplia, il portale d'informazione universitario, diventa un network. Una nuova edizione, non più un periodico ma un quotidiano anzi un notiziario in tempo reale. Nasce il Magazine Controcampus, nascono nuovi contenuti: scuola, università, ricerca, formazione e lavoro. Nascono ulteriori piattaforme collegate alla webzine, non solo informazione ma servizi come bacheche, appunti, ricerca lavoro e anche nuovi servizi sociali. 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