Creato il materiale più tenace della Terra (ma per usarlo dovremo aspettare un bel po’). Il materiale più tenace del mondo è una lega metallica, di recente creata da scienziati, che migliora le proprie caratteristiche al freddo. Potrebbe essere usata per costruire aerei o razzi.
In futuro forse costruiremo la struttura degli aeroplani con il CrCoNi, una lega metallica supertenace appena scoperta. kryzhov | Shutterstock
Il suo nome è CrCoNi, ed è una lega metallica di cromio, cobalto e nichel: è questo il materiale più tenace finora mai scoperto sul nostro Pianeta, le cui caratteristiche sono state descritte in dettaglio in uno studio pubblicato su Science. Oltre ad essere incredibilmente duttile e robusto, la sua robustezza e la sua duttilità migliorano al freddo (normalmente, invece, avviene il contrario). «Di solito ci accontentiamo di trovare un compromesso tra queste due proprietà, ma questo materiale le ha entrambe», sottolinea Easo George, uno degli autori dello studio.
Identikit di un tenace. Il CrCoNi fa parte di un gruppo di metalli chiamati leghe ad alta entropia (HEA, dall’inglese high entropy alloy). Al contrario delle leghe normali, che contengono una proporzione maggiore di un metallo rispetto agli altri, nelle HEA ogni elemento è presente in parti uguali: questa ricetta “bilanciata” fa sì che il materiale risultante sia spesso più robusto e duttile del normale.
Tenacità, duttilità e robustezza: cosa sono?
La robustezza è la capacità di un materiale di resistere a una deformazione perenne, la duttilità è invece la capacità di un materiale di deformarsi facilmente senza rompersi; la tenacità infine è una proprietà che combina duttilità e robustezza in un’unica misurazione, e indica la capacità di un materiale di resistere a una frattura (si parla più precisamente di tenacità alla frattura).
Nel caso del CrCoNi la tenacità è ancora più marcata: a una temperatura vicina a quella dell’elio liquido (20 kelvin, ovvero -253 °C) è pari a 500 Megapascal. Per capirci, alle stesse temperature il silicone ha una tenacità di un Megapascal, l’alluminio utilizzato nella struttura degli aeroplani di 35 Megapascal, e alcuni dei migliori acciai del mondo di 100 Megapascal. «Cinquecento è un numero sbalorditivo», commenta Robert Ritchie, uno degli autori.
Questione di dislocazioni… Che cosa rende il CrCoNi così tenace? Molte sostanze solide, inclusi i metalli, hanno una forma cristallina caratterizzata dalla ripetizione di una struttura atomica in 3D, chiamata cella unitaria o primitiva, che forma un reticolo. Poiché nessun cristallo è perfetto, la cella unitaria contiene dei “difetti”: un esempio molto diffuso sono le dislocazioni, punti dove un pezzo di reticolo deformato si incontra con uno non deformato.
Le dislocazioni influiscono sulle proprietà del materiale, rendendolo più o meno duttile: quando una dislocazione si muove con facilità nel reticolo, il materiale è più malleabile; quando invece il movimento è bloccato dagli ostacoli rappresentati dalle irregolarità del reticolo, il materiale è più robusto – ma anche più incline alla rottura.
… e ostacoli. Nel caso del CrCoNi, la tenacità è amplificata grazie a una serie di tre ostacoli alle dislocazioni, che agiscono in un ordine particolare quando viene applicata forza sul materiale: la sequenza di queste interazioni a livello atomico fa sì che il metallo non si spezzi, ma continui a incontrare nuovi ostacoli che oppongono resistenza alla pressione esercitata, rendendolo molto tenace.
«Queste proprietà le abbiamo già viste separatamente in altri materiali, ma mai in questa magica sequenza che rende il CrCoNi così incredibile», sottolinea Ritchie.
Usi futuri. In futuro il CrCoNi potrebbe essere utilizzato come materiale strutturale per costruire, ad esempio, razzi o satelliti che finiscono nello Spazio: cobalto e nichel, però, sono materiali molto cari e di difficile reperimento, per cui sarebbe più interessante scovare altre leghe da poter utilizzare, i cui componenti siano più abbondanti e meno cari. In ogni caso il processo è ancora lungo, poiché quando si parla di materiali strutturali la sperimentazione dura sempre diversi anni o addirittura decenni: chi si fiderebbe a volare in un aereo costruito con un materiale testato solo un paio di volte due mesi prima del volo?
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