Un materiale dalle caratteristiche straordinarie creato da magnesio e nanoparticelle

A sinistra un campione di puro metallo deformato. A destra il nuovo materiale formato da magnesio e nanoparticelle di carburo di silicio (Immagine cortesia UCLA Scifacturing Laboratory. Tutti i diritti riservati)
A sinistra un campione di puro metallo deformato. A destra il nuovo materiale formato da magnesio e nanoparticelle di carburo di silicio (Immagine cortesia UCLA Scifacturing Laboratory. Tutti i diritti riservati)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” descrive una ricerca condotta alla UCLA che ha portato a sviluppare un materiale estremamente robusto e allo stesso tempo leggero. Si tratta di magnesio infuso con nanoparticelle di carburo di silicio. Il materiale ottenuto potrebbe essere utile in vari settori che vanno da quello aerospaziale per realizzare parti di veicoli all’elettronica per realizzare vari tipi di componenti.

Un team della UCLA Henry Samueli School of Engineering ha creato questo materiale trovando un nuovo modo di disperdere e stabilizzare nanoparticelle nei metalli fusi. Si trattava di un passo necessario per verificare un concetto proposto in passato, cioè che nanoparticelle potessero aumentare la robustezza dei metalli senza danneggiarne la plasticità.

Il magnesio è un metallo molto più leggero dell’alluminio e del titanio ma è anche meno rigido e robusto di molti altri metalli. Un altro problema è che in forma pura è altamente infiammabile. Per questi motivi, pur essendo comune e anche biocompatibile, in genere viene utilizzato nella produzione di leghe con altri metalli come ad esempio l’alluminio.

Il carburo di silicio, conosciuto anche come carborundum, è un materiale ceramico formato da silicio e carbonio. È estremamente duro ed esiste in parecchie decine di forme cristalline. Per le sue proprietà, viene utilizzato in moltissimi campi diversi in cui sono richieste ceramiche molto dure.

Finora, nessuno era riuscito a ottenere una dispersione di nanoparticelle in metalli fusi. I tentativi di migliorare un metallo usando microparticelle di ceramica erano falliti perché l’infusione ne aveva causato una perdita di plasticità. Il problema con le nanoparticelle, cioè particelle di lunghezza inferiore ai 100 nanometri, era dovuto alla loro tendenza a raggrupparsi invece che a disperdersi in maniera omogenea.

La soluzione è stata trovata disperdendo le nanoparticelle in una lega formata da magnesio e zinco facendo affidamento sull’energia cinetica nel movimento delle nanoparticelle. Ciò ha permesso di stabilizzare la loro dispersione evitando i loro accumuli. Il nuovo metallo ottenuto è stato ulteriormente rinforzato usando una tecnica che permette di esercitare una forte compressione su di esso.

Queste condizioni hanno permesso di raggiungere simultaneamente robustezza, rigidità, plasticità e stabilità a temperature elevate. Il materiale ottenuto è formato per il 14% da nanoparticelle di carburo di silicio e per l’86% di magnesio. I ricercatori ritengono che possa sostituire metalli come titanio e alluminio in vari campi.

Secondo Xiaochun Li, il principale investigatore in questa ricerca, questo risultato rappresenta solo l’inizio della scoperta di un tesoro nascosto, cioè una nuova classe di metalli con proprietà e funzionalità rivoluzionarie. Si tratta di dichiarazioni impegnative ma se i materiali prodotti con queste tecniche potranno davvero sostituire alcuni correntemente usati si tratta davvero di una grande scoperta.

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