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Un materiale spesso quanto un singolo atomo, ottenuto estraendo strati infinitesimali da una struttura tridimensionale, ha trasformato in pochi anni il modo in cui la comunità scientifica percepisce la materia e le sue potenzialità applicative. Quando un solido viene ridotto a un singolo strato atomico, infatti, le proprietà fisiche non si indeboliscono semplicemente, ma si manifestano comportamenti nuovi – spesso inaspettati – che possono essere sfruttati in modo mirato con progettazioni ad hoc. È in questo passaggio, apparentemente semplice ma capace di modificare radicalmente il comportamento della materia, che si colloca 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 unità più fondamentale, per poi ricostruirli con proprietà nuove, selezionate e combinate in funzione di applicazioni specifiche.
Il suo percorso scientifico si intreccia però anche con un primato dal grande valore 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, nel 1592. Un dato che racconta non solo una carriera eccezionale ma anche un ritardo strutturale in termini di gender gap che, in forme diverse, continua a esistere. In Irlanda, spiega, «le posizioni accademiche non passano attraverso 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 ad arrivare a ruoli di leadership scientifica.
La traiettoria che ha condotto Nicolosi a questo punto è iniziata con il grafene, il materiale bidimensionale più noto, ottenuto isolando un singolo strato di atomi di carbonio dalla grafite, lo stesso materiale che costituisce la mina di una matita. La possibilità di isolare del grafene, dimostrata per la prima volta nei primi anni Duemila dai fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov, ha avuto un impatto enorme. Ha verificato, infatti, che è possibile ottenere materiali stabili anche quando sono ridotti a uno spessore atomico, anche se inizialmente questa possibilità restava confinata 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 quello che avevo imparato 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, ciascuno con proprietà diverse».
Il passaggio chiave è stato lo sviluppo di una tecnica di esfoliazione in liquido, basata sull’utilizzo di solventi comuni selezionati attraverso un approccio che ha permesso di ottenere grafene in modo più abbondante, senza compromettere le proprietà del materiale. «Abbiamo sviluppato anche una teoria per scegliere i solventi giusti», continua. «Oggi, a distanza di vent’anni, quel metodo è tra i più utilizzati al mondo per la produzione del grafene».
Da quel punto in avanti, però, il grafene smette di essere il fulcro della ricerca di Nicolosi, e diventa 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, cambiano completamente le proprietà», aggiunge la professoressa. «Alcuni sono conduttori, altri isolanti, altri ancora hanno proprietà ottiche o meccaniche molto specifiche. Operare con questi materiali è come lavorare con dei mattoncini: scegli quelli che ti servono e li combini per costruire 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. «Hanno problemi di sicurezza, sono infiammabili e si basano su materiali che si trovano in poche aree del mondo. Stiamo risolvendo un problema nel breve termine, ma rischiamo di crearne uno più grande se non cambiamo approccio». Il tema non è soltanto tecnologico, ma anche economico e geopolitico, perché 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. Così la ricerca sui materiali bidimensionali diventa una via per sviluppare soluzioni alternative, capaci di ridurre la dipendenza da risorse critiche e migliorare allo stesso tempo 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 libertà esplorativa rara. «Questi finanziamenti sono fondamentali perché permettono di lavorare su idee che non sono immediatamente applicative» aggiunge. «È proprio lì che nasce il seme delle applicazioni future, che nel mio caso ha portato a brevetti, collaborazioni industriali e prodotti oggi 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 avere 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 costruito per sostenere l’eccellenza e creare le condizioni perché la ricerca possa produrre 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 delItaliaNow.
Un momento chiave del suo percorso risale però a molto 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 segnato profondamente 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 normalissime: straordinarie, ma non irraggiungibili e ciascuna con le proprie peculiarità umane», ricorda. «Questa esperienza mi ha dato una grande motivazione: mi ha fatto capire 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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