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Un materiale con uno spessore pari a un singolo atomo, ottenuto attraverso la separazione di strati infinitesimali da una struttura tridimensionale, ha rivoluzionato in pochi anni la percezione della comunità scientifica riguardo alla materia e alle sue potenzialità applicative. Quando un solido viene ridotto a un singolo strato atomico, infatti, le proprietà fisiche non si limitano a indebolirsi, ma si manifestano comportamenti nuovi – spesso inaspettati – che possono essere sfruttati in modo mirato attraverso progettazioni ad hoc. È in questo passaggio, apparentemente semplice ma capace di trasformare radicalmente il comportamento della materia, che si inserisce il lavoro di Valeria Nicolosi, attualmente professoressa di nanomateriali e microscopia avanzata al Trinity College di Dublino, impegnata a studiare come esfoliare i materiali alla loro forma più fondamentale, per poi ricostruirli con nuove proprietà, selezionate e combinate in base a specifiche applicazioni.
Il suo percorso scientifico si intreccia però anche con un primato di grande significato simbolico: è la prima donna in assoluto a ricoprire il ruolo di professoressa ordinaria (Chair) nella School of Chemistry del Trinity College dalla sua fondazione, avvenuta nel 1592. Un dato che racconta non solo una carriera eccezionale ma anche un ritardo strutturale in termini di divario di genere che, in forme diverse, continua a persistere. In Irlanda, spiega, «le posizioni accademiche non vengono assegnate tramite concorsi formali, ma ci sono processi di selezione e valutazione continua, in cui il merito si costruisce nel tempo e viene tradotto progressivamente in responsabilità maggiori», fino a raggiungere ruoli di leadership scientifica.
La traiettoria che ha condotto Nicolosi a questo traguardo è iniziata con il grafene, il materiale bidimensionale più famoso, ottenuto isolando un singolo strato di atomi di carbonio dalla grafite, lo stesso materiale che forma la mina di una matita. La possibilità di isolare il grafene, dimostrata per la prima volta nei primi anni Duemila dai fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov, ha avuto un impatto straordinario. Hanno dimostrato, infatti, che è possibile ottenere materiali stabili anche quando ridotti a uno spessore atomico, anche se inizialmente questa possibilità era limitata a esperimenti difficili da replicare su larga scala e quindi poco utili al di fuori del laboratorio.
«Il punto non era dimostrare che era possibile ottenere il grafene in laboratorio, ma riuscire a produrlo in quantità», racconta Nicolosi. «Così ho applicato ciò che avevo appreso lavorando sui nanotubi di carbonio per sviluppare un metodo scalabile, e da lì si è aperta la possibilità di lavorare non solo sul grafene ma su molti altri materiali bidimensionali, ognuno con proprietà diverse».
Il passaggio cruciale è stato lo sviluppo di una tecnica di esfoliazione in liquido, basata sull’impiego di solventi comuni selezionati attraverso un approccio che ha permesso di ottenere grafene in modo più abbondante, senza compromettere le proprietà del materiale. «Abbiamo anche elaborato una teoria per scegliere i solventi adeguati», continua. «Oggi, a distanza di vent’anni, quel metodo è tra i più utilizzati a livello globale per la produzione del grafene».
Da quel momento in poi, tuttavia, il grafene smette di essere il fulcro della ricerca di Nicolosi, diventando piuttosto il primo esempio di una famiglia molto più ampia. In natura esistono centinaia di materiali stratificati che possono essere separati in fogli bidimensionali, ognuno con proprietà diverse e potenzialmente utili. «Quando si modifica la chimica di questi materiali, le loro proprietà cambiano completamente», aggiunge la professoressa. «Alcuni sono conduttori, altri isolanti, altri ancora possiedono caratteristiche ottiche o meccaniche molto specifiche. Lavorare con questi materiali è come costruire con dei mattoncini: si scelgono quelli necessari e si combinano per realizzare qualcosa di più grande».
Una delle applicazioni più significative su cui il suo gruppo si sta concentrando riguarda le batterie di nuova generazione, un settore in cui i limiti delle tecnologie attuali stanno diventando sempre più evidenti.
«Le batterie al litio non sono sostenibili nel lungo periodo», specifica Nicolosi. «Presentano problemi di sicurezza, sono infiammabili e si basano su materiali che si trovano in poche aree del mondo. Stiamo affrontando un problema nel breve termine, ma rischiamo di crearne uno più grande se non cambiamo approccio». La questione non è solo tecnologica, ma anche economica e geopolitica, poiché la concentrazione di risorse come il litio e il cobalto in specifiche aree del pianeta introduce elementi di fragilità nella catena di approvvigionamento e nella stessa transizione energetica. Pertanto, la ricerca sui materiali bidimensionali diventa una strada per sviluppare soluzioni alternative, capaci di ridurre la dipendenza da risorse critiche e migliorare al contempo le prestazioni dei dispositivi.
Uno degli aspetti più significativi del lavoro di Nicolosi è la capacità di collegare in modo concreto la ricerca fondamentale con applicazioni industriali, evitando che le due dimensioni rimangano separate. Gran parte della sua attività è stata finanziata dallo European Research Council (ERC), che sostiene progetti di frontiera lasciando ai ricercatori una rara libertà esplorativa. «Questi finanziamenti sono fondamentali perché consentono di lavorare su idee che non sono immediatamente applicabili» aggiunge. «È proprio lì che nasce il seme delle applicazioni future, che nel mio caso ha portato a brevetti, collaborazioni industriali e prodotti attualmente sul mercato». A volte anche con esiti curiosi, come i pezzi Lego che diventano conduttori di elettricità.
Il percorso dalla ricerca al mercato, in questo caso, non è stato lineare ma ha seguito una traiettoria coerente, in cui la conoscenza accumulata nel tempo si è tradotta in applicazioni concrete. I numeri raccontano questa traiettoria senza bisogno di essere enfatizzati: oltre 260 pubblicazioni su riviste come Science e Nature, un impatto scientifico che la colloca stabilmente tra i ricercatori più citati al mondo “top 1%” e più di 40 milioni di euro raccolti in finanziamenti negli ultimi anni. A questo si aggiunge un ulteriore primato nel panorama europeo: Nicolosi è l’unica ricercatrice ad aver ottenuto otto finanziamenti ERC, dimostrando una continuità di risultati difficile da replicare.
Accanto alla dimensione scientifica, c’è anche quella istituzionale: lavora in Irlanda da anni e oggi partecipa anche alla definizione delle politiche di ricerca, contribuendo a orientare le strategie nazionali. Il sistema che descrive è progettato per sostenere l’eccellenza e creare le condizioni affinché la ricerca possa generare impatto, non solo scientifico ma anche economico e industriale. Anche l’Italia ha riconosciuto formalmente il merito: nel 2021 Nicolosi è stata nominata Cavaliere dell’Ordine della Stella d’Italia dal Presidente del’Italia.
Un momento cruciale del suo percorso risale però a molto tempo prima, quando da giovane ricercatrice ha partecipato al Nobel Laureate Meeting di Lindau, sul lago di Costanza in Germania. È un’esperienza di una sola settimana ma che – racconta – ha profondamente influenzato il suo modo di vedere la scienza e il proprio ruolo all’interno della comunità scientifica. «Quello che mi ha colpito è stato rendermi conto che i tanti premi Nobel che ho avuto modo di ascoltare e conoscere faccia a faccia sono persone normali: straordinarie, ma non irraggiungibili e ciascuna con le proprie peculiarità umane», ricorda. «Questa esperienza mi ha fornito una grande motivazione: mi ha fatto comprendere l’importanza di concentrarmi con dedizione sul mio lavoro, con ambizione e guardando alla visione complessiva, non solo agli obiettivi immediati». Anni dopo, Nicolosi è tornata a Lindau con un ruolo completamente diverso: prima come membro del Consiglio e poi come curatrice scientifica dell’intero meeting, contribuendo a costruire quella stessa esperienza per una nuova generazione di ricercatori.
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