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Ecco il materiale più forte al mondo: meglio dell’acciaio, avrebbe evitato il disastro del Titanic

Creato da un team di scienziati americani, è stato testato in condizioni estreme, dimostrando una resistenza di gran lunga superiore a quella dei migliori acciai.
A cura di Valeria Aiello
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Immagini al microscopio che mostrano come una frattura fatica a propagarsi nella struttura della lega CrCoNi durante lo stress test a 20 Kelvin (-253,15 °C).
Immagini al microscopio che mostrano come una frattura fatica a propagarsi nella struttura della lega CrCoNi durante lo stress test a 20 Kelvin (-253,15 °C).

Probabilmente tutti noi ricordiamo che il disastroso incidente del Titanic nel 1912 avvenne perché il transatlantico britannico colpì un iceberg nell’Oceano Atlantico settentrionale durante la sua traversata inaugurale da Southampton, in Inghilterra, a New York City, negli Stati Uniti. Non sono però in molti a sapere che lo squarcio provocato dalla collisione fu facilitato dall’acciaio con cui era costruita la nave, o meglio, dall’insufficiente resistenza alle fratture di questo materiale alle basse temperature. Da allora, la ricerca di materiali in grado di resistere in condizioni estreme è diventata un importante prerequisito, rivelando tuttavia che la maggior parte dei metalli comunemente utilizzati nell’industria mostra una ridotta robustezza alle basse temperature.

La creazione di nuove leghe capaci di resistere al freddo è pertanto diventata una vera e propria sfida per gli studiosi e, in particolare, per un team guidato dai ricercatori Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), in California, e dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), in Tennessee, che circa un decennio fa hanno sviluppato una nuova lega metallica di cromo, cobalto e nichel (CrCoNi), salvo scoprire solo adesso, grazie allo sviluppo di tecnologie per testare i materiali in condizioni estreme, che il loro materiale possiede “la tenacità più alta mai registrata per qualsiasi altro materiale”.

Ciò significa che la nuova lega non solo è estremamente duttile – il che, nella scienza dei materiali, indica che è altamente malleabile – e straordinariamente forte, nel senso che resiste alla deformazione permanente, ma anche che “la resistenza e la sua duttilità migliorano man mano che si raffredda” hanno spiegato gli studiosi in un comunicato. Insieme, queste proprietà rendono questa nuova lega il materiale più resistente sulla Terra.

CrCoNi, il materiale più resistente dell'acciaio

CrCoNi fa parte della famiglia delle leghe ad alta entropia (HEA), materiali le cui proporzioni dei diversi elementi costitutivi sono più o meno le stesse, il che sembra conferire ad alcuni di questi materiali una combinazione straordinariamente elevata di forza e duttilità alle sollecitazioni. “La tenacità di questo materiale vicino alle temperature dell’elio liquido (20 Kelvin, -253,15 gradi Celsius) arriva fino a 500 megapascal per metro quadrato – ha affermato il co-leader del ricerca Robert Ritchie, scienziato senior del Berkeley Lab e professore del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università della California – . Nelle stesse unità di misura, la tenacità di un pezzo di silicio è 1 megapascal per metro quadrato, quella della struttura in alluminio degli aerei passeggeri è di circa 35 e mentre quella di alcuni dei migliori acciai è di circa 100. Quindi, 500, è un numero sbalorditivo”.

I dettagli della scoperta record, descritti in un articolo appena pubblicato sulla rivista Science, rivelano inoltre la presenza di una serie di comportamenti durante la deformazione che creano una “sequenza magica” di interazioni in grado di fornire prima malleabilità e poi forza al materiale. In altre parole, quando il materiale viene deformato, si innesca un primo meccanismo, quindi un secondo, un terzo e un quarto. “Nei normali materiali, questi meccanismi avvengono singolarmente, mentre nel nostro materiale si verificano in una sequenza che conferisce queste proprietà davvero straordinarie” ha precisato Ritchie.

Sebbene l’impiego di CrCoNi nel mondo reale sia ancora lontano, in parte per gli alti costi di produzione e per la necessità di nuovi studi sul suo comportamento, il nuovo materiale è attualmente in fase di sviluppo per diverse applicazioni. I ricercatori lo considerano anche un buon candidato per ambienti estremi come lo spazio profondo, dove le temperature distruggono le leghe metalliche standard. Il co-responsabile del progetto Easo George, Governor’s chair per la teoria avanzata e lo sviluppo delle leghe dell’ORNL e il suo team stanno anche studiando come le leghe costituite da elementi più abbondanti e meno costosi – c’è una carenza globale di cobalto e nichel a causa della loro domanda nell’industria delle batterie – possano essere indotte ad avere proprietà simili.

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