Febbraio 4, 2023

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I ricercatori cinesi hanno creato una rivoluzionaria ceramica flessibile

Questo lavoro può portare a una nuova classe di materiali con proprietà eccezionali.

I ricercatori cinesi affermano di aver sviluppato una nuova ceramica rivoluzionaria con proprietà assolutamente uniche. È resistente come altri materiali, ma è anche flessibile come il metallo e potrebbe cambiare la vita di molti ingegneri.

Per gli appassionati delle arti manuali, con il termine ceramica si intendono generalmente gli oggetti in argilla o, di conseguenza, la tecnica che ne permette la realizzazione. Ma è anche un ramo separato della scienza dei materiali; Poi ne parliamo Ceramiche tecniche. Si occupa della struttura e delle proprietà di materiali molto specifici, basati su minerali che non appartengono alla famiglia dei minerali.

Ceramiche e materiali da sogno

In questo contesto non si parla più di semplice fango. I ricercatori di scienze dei materiali lavorano con elementi meno comuni; Si può menzionare l’allumina o il biossido di zirconio, che hanno proprietà molto utili.

Ci sono molte varianti con caratteristiche varie e diverse. Ma come regola generale, la maggior parte delle ceramiche tende ad essere molto dura e resistente all’usura e all’ossidazione. Sono anche isolanti termici ed elettrici eccezionalmente efficaci.

Inoltre, la maggior parte delle ceramiche è amagnetica e chimicamente inerte. Ciò consente loro di essere utilizzati vicino ad altre apparecchiature potenzialmente problematiche senza alcun rischio. Inoltre tendono ad essere un po’ più morbidi dei metalli puri. Esistono inoltre molte ceramiche biocompatibili; Non interagisce con gli elementi del corpo umano.

Questo insieme di proprietà desiderabili ha portato molte industrie a utilizzare la ceramica. Voi stessi potreste avere una teglia da forno o una corona dentale in porcellana. Questi materiali svolgono anche un ruolo importante in molti campi come la medicina, l’industria alimentare, aerospaziale, nucleare e chimica, ecc.

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Problema di flessibilità

Ma purtroppo una grossa limitazione ostacola ancora alcune applicazioni pratiche; Tradizionalmente, la ceramica è molto dura. In un metallo, gli atomi sono legati da quello che viene chiamato legame metallico. Questa organizzazione consente agli atomi di scorrere l’uno rispetto all’altro, il che porta alla deformazione.

Ma nella ceramica ci sono i cosiddetti legami covalenti. In un modo molto cliché, è uno stato in cui gli atomi sono più o meno legati insieme da un elettrone condiviso. Quindi le particelle sono costrette a rimanere in posizione secondo una struttura ben definita. Quando le sollecitazioni meccaniche superano un certo limite, le strutture con legami covalenti tendono a fratturarsi anziché deformarsi. Non è adatto a tutti gli usi.

© Matt Artz – Unsplash

Pertanto, molti ricercatori (e riuscito) per produrre ceramiche relativamente flessibili. Quindi, il concetto non è nuovo, tutt’altro. Ma proposte di questo tipo generalmente soffrono di alcuni importanti inconvenienti. Molto spesso, una parte significativa della resistenza meccanica deve essere sacrificata per ottenere un interessante grado di elasticità. Pertanto, gli specialisti continuano a esplorare nuovi metodi. Sperano di scoprire nuove meta-ceramiche plastica (cioè in grado di accettare la deformazione, per poi tornare al suo stato iniziale), ma rimane completamente fermo.

Flessibile e resistente “Super Ceramica”.

E se si devono credere alle conclusioni di un team di ricercatori cinesi della National Natural Science Foundation in Cina, questo sogno è diventato realtà. sulla prestigiosa rivista Scienzaaffermano di aver progettato un nuovo materiale ibrido resistente alla ceramica, ma con la flessibilità del metallo: un’impressionante novità nel campo.

Per raggiungere questo obiettivo, iniziano creando una sorta di piccola impalcatura su cui poggiare nitruro di silicio. È un composto chimico trovato in particolare come inclusioni in piccoli meteoriti. Questo minuscolo costrutto funge da cornice in una matrice cristallina che può alternarsi tra due stati distinti; La disposizione degli atomi cambia quando la materia è sottoposta a una forza esterna, prima Ritorna alla sua forma originale quando termina la registrazione.

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In pratica, finiamo con a Materiale deformabile che conserva tutte le interessanti proprietà della ceramica standard. I ricercatori si aspettano che questo sia un punto di svolta in molti settori dell’industria. In ogni caso, questa è l’opinione del professor Chen (no, non ha niente a che fare con l’icona della serie Pokémon!), autore principale di questa citata opera Posta del mattino della Cina meridionale.

Enorme potenziale in molti settori dell’industria

Elenca molte di queste aree, a cominciare daspazio. Questo materiale può essere utilizzato per costruire motori a razzo molto potenti, leggeri e in grado di resistere a temperature molto più elevate rispetto alle leghe a base di nichel-cobalto-ferro utilizzate oggi. Ciò aumenterà l’efficienza della combustione riducendo il volume del sistema di raffreddamento.

Questa ceramica potrebbe alimentare i motori a razzo del futuro (qui, gli SpaceX Raptors). © SpaceX

Questo vale anche per i più comuni motori a combustione, come quelli delle auto di oggi. In questo contesto, gli autori affermano che un motore ceramico potrebbe risparmiare più potenza emettendo meno sostanze inquinanti grazie alla sua temperatura di combustione più elevata.

Questo materiale può anche rendere possibile la produzione di parti personalizzate per dispositivi esposti sollecitazioni meccaniche permanenti. In particolare, citano i cuscinetti delle turbine eoliche o le pale trovate nelle turbine degli aerei. Queste restrizioni portano ad a Indossa Il che aumenta notevolmente i requisiti di manutenzione. Con un materiale super resistente come questa ceramica, la durata sarà molto più lunga. Ciò aumenterebbe l’affidabilità del sistema e la redditività delle operazioni.

Queste ceramiche possono migliorare la durata di alcune apparecchiature, come le turbine eoliche. © Thomas Riobourg – Unsplash

Questa ceramica può essere utilizzata anche per riparare una delle macchine più elaborate al mondo: corpo umano. Il nitruro di silicio è leggero, biocompatibile e altamente corrosivo; Quindi può essere adatto per Un nuovo tipo di protesi che probabilmente durerà tutta la vita. Per confronto, secondo questa vita Prodotta da un chirurgo ortopedico parigino, la durata di una protesi di ginocchio standard è di circa 25 anni.

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La ciliegina sulla torta è che, secondo i ricercatori, lo sono anche queste ceramiche al nitruro di silicio Relativamente economico e facile da produrre Rispetto a molti altri materiali avanzati del suo genere.

Quindi questo materiale ha un reale potenziale tangibile. Gli autori ora sperano di migliorarlo ulteriormente. Ma sono più importanti Ponendo le basi per una nuova famiglia di ceramiche superiori. Quest’ultimo può trasformare completamente le rispettive industrie. ” Quando apri una porta, dietro c’è un mondo completamente nuovo Chen si eccita.

Altri professionisti del settore sembrano condividere questa interpretazione, come Erkka Frankber, dell’Università di Tampere in Finlandia. in Commenta l’articolo Presente anche in Science, crede che questa porcellana possa “ portare a materiali più leggeri e resistenti delle migliori leghe odierne.” Abbastanza per rivoluzionare “una rivoluzione tecnologica in molti settori”. Secondo Chen sarà quindi interessante seguire lo sviluppo di questa disciplina scientifica, tra qualche decennio queste super-ceramiche potrebbero occupare un posto importante nella vita quotidiana dell’umanità.