211service.com
Un nuovo materiale super resistente e leggero
Un nuovo tipo di materiale, costituito da montanti su scala nanometrica incrociati come i montanti di una minuscola Torre Eiffel, è una delle sostanze più resistenti e leggere mai realizzate.
Piccoli tralicci : Un'immagine al microscopio elettronico a scansione del nuovo materiale rivela i suoi nano-reticoli in ceramica.
Se i ricercatori riuscissero a capire come produrre il materiale in grandi quantità, potrebbe essere utilizzato come materiale strutturale per la fabbricazione di aerei e camion, nonché negli elettrodi delle batterie.
Ricercatori guidati dallo scienziato dei materiali Caltech Giulia Greer hanno scoperto che progettando con cura montanti e giunti su scala nanometrica, potrebbero realizzare ceramiche, metalli e altri materiali che possono recuperare dopo essere stati schiacciati, come una spugna. I materiali sono molto resistenti e abbastanza leggeri da fluttuare nell'aria come una piuma. Il lavoro è pubblicato oggi sulla rivista Scienza .
Nei materiali convenzionali, resistenza, peso e densità sono correlati. Le ceramiche, ad esempio, sono resistenti ma anche pesanti, quindi non possono essere utilizzate come materiali strutturali dove il peso è fondamentale, ad esempio nelle carrozzerie delle automobili. E quando la ceramica fallisce, tende a fallire in modo catastrofico, a frantumarsi come il vetro.
Ma su scala nanometrica le stesse regole non si applicano. In questa fascia di dimensioni, le proprietà strutturali e meccaniche della ceramica diventano meno legate a proprietà come il peso e possono essere modificate in modo più preciso.
Per la ceramica, più piccolo è più resistente, dice Greer, che è stato nominato uno dei Revisione della tecnologia del MIT 's 35 Innovators Under 35 nel 2008 per il suo lavoro sulla meccanica su nanoscala. Ciò significa che i tralicci su scala nanometrica realizzati con materiali ceramici possono essere sia molto leggeri, non sorprende, poiché sono per lo più aria, sia estremamente resistenti.
Nel 2011 i ricercatori del Laboratori HRL , una società di ricerca ingegneristica privata, ha creato uno dei materiali più leggeri mai realizzati, un microreticolo di tubi metallici cavi. Greer ha collaborato con l'azienda per caratterizzare il materiale e in seguito ha scelto di affrontare la sfida più grande di realizzare ceramiche con proprietà simili. Ciò ha richiesto la messa a punto delle strutture su scala nanometrica, il che significa che i materiali sono ancora più difficili da produrre.
Per realizzare i nanotruss in ceramica, il laboratorio di Greer utilizza una tecnica chiamata litografia a interferenza di due fotoni. È simile a una stampante laser 3D a bassissima resa.
Per prima cosa usano questo metodo per creare la struttura desiderata, un reticolo, da un polimero. Il reticolo polimerico viene quindi rivestito con una ceramica come l'allumina. Il plasma di ossigeno incide il polimero, lasciando dietro di sé un reticolo di tubi cavi di ceramica.
Il laboratorio di Greer ha dimostrato che modificando lo spessore delle pareti del tubo, è possibile controllare come il materiale si rompe. Quando le pareti sono spesse, la ceramica si rompe sotto pressione come previsto. Ma le capriate con pareti più sottili, spesse appena 10 nanometri, si deformano quando vengono compresse e poi riprendono la loro forma.
Non ti aspetti che questi materiali si riprendano, ti aspetti che siano fragili e si rompano, dice Cristoforo Spadaccini , un ingegnere specializzato nella produzione di materiali presso il Lawrence Livermore National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti in California.
I nuovi materiali potrebbero essere particolarmente interessanti per l'uso nelle batterie, note Nicola Zanna , un ingegnere meccanico al MIT che sta lavorando anche sulla ceramica nanostrutturata. Le nanostrutture hanno una superficie molto elevata e sono leggere, una combinazione che potrebbe creare una batteria a ricarica rapida che immagazzina molta energia in un pacchetto conveniente. In effetti, Greer dice che sta collaborando con un'azienda di elettronica tedesca Boschi per applicare i suoi disegni alle batterie al litio-aria.