» I compositi del futuro nascono in USA

Il MIT sta lavorando ad un nuovo processo che consentirà di ottenere compositi con eccezionali caratteristiche fisiche

Un team di ricercatori del MIT ha scoperto un nuovo metodo per produrre materiali compositi avanzati con le più disparate combinazioni di rigidezza, resistenza, durezza, conducibilità termica ed elettrica. Il concetto alla base della scoperta, è quello di materiale “co-continuo”, cioè dato dall’unione di due componenti entrambi allo stato solido e continuo (da cui il nome). L’unione dei due elementi avviene ovviamente a livello della loro microstruttura; diversi studi sono stati fatti in passato sull’unione alluminio-ceramici o allumino-vetro; questi ultimi in particolare, grazie alle loro caratteristiche di alta resistenza, bassa conducibilità termica, resistenza all’abrasione e biocompatibilità sono molto adatti ad applicazioni nel campo medico come le protesi dentali.

Il team del MIT ha ulteriormente ampliato questo concetto per ottenere materiali leggeri e molto resistenti da usare nella produzione di strutture di protezione.

La ricerca – condotta da Lifeng Wang e Jacky Lau con la supervisione dei docenti Mary Boyce e Edwin Thomas - è stata pubblicata ad Aprile nella rivista Advanced Materials. Il progetto è stato finanziato dall'esercito americano attraverso l’ Institute for Soldier Nanotechnologies del MIT.

L'obiettivo iniziale della ricerca è stato quello di "cercare di progettare un materiale che può assorbire l'energia in situazioni di carico estreme", spiega Wang. “Questo materiale potrebbe essere utilizzato per le carenature di camion o aerei, ma potrebbe essere leggero ed efficiente, flessibile, non solo un rivestimento solido come la maggior parte delle strutture protettive prodotte oggi”.

Nella maggior parte dei materiali convenzionali – compresi i compositi avanzati – una volta che le cricca si sono innescate, esse tendono a propagarsi attraverso il materiale, dice Wang. Ma nei nuovi materiali co-continui, la propagazione di cricche è limitata all'interno della microstruttura grazie al vincolo reciproco dei due componenti che migliora la dissipazione di energia; questo li rende molto "tolleranti ai danni" anche se sottoposti a numerosi impatti.

Alcuni materiali compositi esistenti, come i compositi carbonio-carbonio che utilizzano le fibre annegate in un altro materiale, possono avere una elevata resistenza nella direzione parallela alle fibre, ma poca in altre direzioni. Grazie alla struttura continua tridimensionale, le proprietà dei materiali co-continui sono praticamente isotrope.

Nei loro esperimenti, i ricercatori del MIT hanno combinato due materiali polimerici con proprietà del tutto differenti: uno che è simile al vetro, forte ma fragile, e un altro che è simile alla gomma, non molto forte, ma dura e resistente. Il risultato è stato un materiale rigido, forte e duro nello stesso tempo.

Nella ricerca di nuovi materiali con specifiche combinazioni di proprietà fisiche, Thomas sostiene che "abbiamo praticamente esaurito i materiali naturali omogenei, ma le nuove tecniche di produzione sviluppate con questo progetto possono aprire nuove porte allo sviluppo dei materiali.”

I ricercatori hanno progettato i nuovi materiali attraverso simulazioni al computer, poi hanno realizzato campioni testati in condizioni di laboratorio. Le simulazioni e i dati sperimentali hanno fornito dati coerenti lasciando intravedere la possibilità di poter lavorare non solo sulle sole proprietà meccaniche, ma anche su quelle elettriche, termiche e ottiche del materiale finale. Alcuni sviluppi potrebbero essere i materiali compositi a memoria di forma o materiali capaci di filtrare determinate frequenze a seconda della pressione applicata.

Il passo successivo della ricerca è quello di realizzare compositi co-continuo con coppie di materiali le cui proprietà sono ancora più drasticamente differenti da quelli utilizzati per gli esperimenti iniziali, per esempio metallici con ceramici o polimeri con metallici.

 

Fonte: http://materialsinsight.com