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Una breve storia della scienza dei materiali

Come noto, le ere della preistoria vengono classificate associando a lunghi periodi delle prime civiltà umane i nomi di materiali come la pietra, il bronzo o il ferro. Questo a marcare l'importanza che i materiali hanno avuto nello sviluppo delle prime e fondamentali tecnologie umane. A partire dal 300 a.C. questa convenzione di indicare le ere dell'umanità usando nomi di materiali viene meno, e si parla più genericamente di età antica, medioevo, età moderna e contemporanea. Nei nostri giorni l'era che stiamo vivendo è stata più volte identificata come era nucleare, poi era spaziale e oggi come era di Internet. In ogni caso i materiali sembrano spariti. Apparentemente essi sembrano aver perso quella centralità che avevano per i nostri progenitori. Questo non è assolutamente vero, anzi: è vero il contrario. La modernità, e in misura anche più evidente gli ultimi due secoli della civiltà umana, è stata la culla di un incredibile sviluppo di nuovi materiali quali gli acciai, le plastiche, i semiconduttori e, negli ultimi anni, i materiali nanostrutturati. Quello che cambia radicalmente nel passaggio dalle ere preistoriche alla modernità è il rapporto tra materiali e tecnologie. Le tecnologie della protostoria (rudimentali ma non certo meno essenziali di quelle odierne alla sopravvivenza e al benessere dell'uomo primitivo) risultavano completamente delimitate e determinate dalle caratteristiche di specifici materiali. I materiali giocavano quindi un ruolo centrale ma negativo, nel senso che essi condizionavano le tecnologie possibili. Nell’età della pietra le tecnologie realizzabili utilizzando legno o pietra venivano praticate, quelle per le quali questi materiali erano insufficienti non venivano semplicemente sviluppate. Questo paradigma si conserva sostanzialmente intatto fino alla fine del Settecento, quando l'ingresso sulla scena dei “nuovi materiali” (di allora) – principalmente gli acciai − consentì la realizzazione di manufatti (macchinari, edifici, infrastrutture) prima semplicemente inimmaginabili. La presa di coscienza della centralità dei materiali nella definizione delle tecnologie possibili ha costituito l'atto di nascita della moderna scienza dei materiali. La scienza dei materiali nasce infatti dall’inversione del rapporto tra materiale e tecnologia. Fino a poche centinaia di anni fa erano i materiali e la loro più o meno casuale disponibilità a determinare la possibilità di una tecnologia. Con la fine del Settecento sono viceversa le tecnologie, cioè i bisogni produttivi dell'industria unitamente alla capacità di tecnologi e scienziati di immaginare nuovi strumenti, manufatti o prodotti, a guidare la ricerca e la messa a punto di sostanze solide caratterizzate dalle proprietà fisiche e chimiche necessarie allo scopo. Questa inversione di paradigma ha costituito e costituisce uno dei fattori trainanti dell'enorme sviluppo di nuove tecnologie e prodotti cui abbiamo assistito nel corso degli ultimi cento anni.

A partire dai materiali strutturali la scienza dei materiali ha affiancato e consentito lo sviluppo delle tecnologie moderne, guidando il passaggio dalle prime tecnologie elettriche alla microelettronica – ma promuovendo anche tecnologie per la produzione di energia elettrica o per la diagnostica medica. Con gli ultimi anni del XX secolo la nascita delle nanotecnologie ha dato un ulteriore impulso allo sviluppo di intere nuove classi di materiali, che sicuramente impatteranno in maniera fondamentale sulle tecnologie del nuovo secolo.

Ma partiamo dall’inizio