Un team di ricercatori ha creato una lega di rame rivoluzionaria che potrebbe cambiare il futuro dell'industria aerospaziale e della difesa. Combinando rame, tantalio e litio, gli scienziati hanno sviluppato un materiale che sfida i limiti delle leghe metalliche tradizionali, offrendo contemporaneamente eccellente conducibilità elettrica e resistenza meccanica a temperature estreme. Questa innovazione, pubblicata sulla rivista Science il 27 marzo, rappresenta un importante passo avanti nella scienza dei materiali, aprendo la strada a nuove applicazioni in ambienti ad alta sollecitazione termica e meccanica dove le attuali superleghe a base di nichel mostrano significativi limiti.
Le superleghe a base di nichel sono state per decenni il materiale di riferimento per applicazioni estreme come i motori a turbina a gas e le apparecchiature per il trattamento chimico, grazie alla loro robustezza, resistenza alla corrosione e capacità di sopportare temperature elevate. Tuttavia, la loro conducibilità elettrica limitata ha sempre rappresentato un ostacolo per determinate applicazioni tecnologiche avanzate. La nuova lega risolve questo problema fondamentale, mantenendo l'eccellente conducibilità tipica del rame ma aggiungendo caratteristiche di resistenza meccanica mai viste prima in materiali a base di questo metallo.
L'approccio innovativo dei ricercatori è stato quello di progettare il materiale a livello nanometrico, creando una struttura a sandwich dove precipitati di rame-litio sono posizionati tra due strati ricchi di tantalio, un elemento noto per la sua eccezionale resistenza alla corrosione. L'aggiunta di una quantità minima di litio ha permesso di trasformare la struttura dei precipitati in cuboidi stabili, rafforzando ulteriormente la lega e migliorandone la resilienza termica.
"Quando esaminiamo il nostro corpo, cerchiamo impronte digitali di mutazioni cellulari per il cancro" spiega il co-autore dello studio Kiran Solanki, professore di ingegneria presso l'Arizona State University. "Allo stesso modo, i materiali strutturali hanno un'impronta digitale unica quando sono sottoposti a eventi come radiazioni o calore. E in questo caso, avere un precipitato di rame-litio con un doppio strato stabile di tantalio è ciò che ci permette di alterare l'impronta di cedimento ad alta temperatura"
I risultati dei test sono straordinari: il nuovo materiale può operare a temperature fino a 800 gradi Celsius (1.472 gradi Fahrenheit) e può sopportare uno stress massimo di 1.120 megapascal a temperatura ambiente. Questo valore supera di una volta e mezzo la pressione massima che l'acciaio convenzionale può tollerare, mantenendo al contempo l'eccellente conducibilità elettrica tipica del rame. Tale combinazione di proprietà era considerata quasi impossibile da ottenere con le tecnologie precedenti.
Martin Harmer, co-autore dello studio e professore emerito di ingegneria presso la Lehigh University in Pennsylvania, sottolinea l'importanza di questa scoperta:
"Questa è scienza all'avanguardia, che sviluppa un nuovo materiale che combina in modo unico l'eccellente conducibilità del rame con la forza e la durabilità tipiche delle superleghe a base di nichel"
Le implicazioni pratiche sono vaste, come evidenzia lo stesso Harmer:
"Fornisce all'industria e ai militari le basi per creare nuovi materiali per l'ipersonica e i motori a turbina ad alte prestazioni"
La creazione di questa lega rappresenta un significativo avanzamento nella metallurgia e potrebbe rivoluzionare diversi settori industriali. In particolare, le applicazioni nell'industria aerospaziale e della difesa potrebbero beneficiare enormemente di un materiale che combina conducibilità elettrica e resistenza meccanica a temperature elevate. I motori a turbina, i componenti per veicoli ipersonici e le apparecchiature di elaborazione chimica sono solo alcune delle potenziali applicazioni dove questa nuova lega potrebbe sostituire i materiali attualmente utilizzati.