La frontiera della superconduttività sta vivendo una svolta grazie all’unione tra materiali morbidi e stampa 3D, una combinazione che promette di cambiare radicalmente la produzione di materiali dalle proprietà straordinarie. Alla Cornell University è stata sviluppata una metodologia che integra chimica dei polimeri e manifattura additiva, con risultati che potrebbero avere un impatto diretto su settori come la risonanza magnetica e i computer quantistici di prossima generazione.
Il breakthrough del nitruro di niobio stampato
Il traguardo più rilevante riguarda il nitruro di niobio, che con la nuova tecnica ha raggiunto un campo magnetico critico compreso tra 40 e 50 Tesla, stabilendo un record assoluto per questo materiale. Una proprietà essenziale per il funzionamento in ambienti ad altissimo campo magnetico, come quelli utilizzati nelle apparecchiature mediche avanzate. Secondo Ulrich Wiesner, responsabile del progetto, è stata individuata una correlazione diretta tra la massa molare dei polimeri utilizzati e le prestazioni superconduttive finali, un legame mai dimostrato prima.
Il percorso che ha portato a questo risultato affonda le radici in quasi dieci anni di ricerca. Già nel 2016 il team di Cornell aveva mostrato come i copolimeri a blocchi potessero auto-organizzarsi in strutture utili alla formazione di superconduttori. Nel 2021 era arrivata la conferma che questi metodi, basati su materiali morbidi, potevano competere con le tecniche convenzionali. L’attuale processo segna un salto qualitativo ulteriore: un sistema “one-pot” che elimina numerosi passaggi tipici della stampa 3D tradizionale di materiali porosi.
Tre scale di struttura in un unico processo
La nuova tecnica organizza i materiali superconduttori su tre livelli: reticoli cristallini a livello atomico, reticoli mesostrutturati guidati dall’auto-assemblaggio dei copolimeri, e reticoli macroscopici prodotti direttamente dalla stampa 3D. Tutto parte da un inchiostro a base di copolimeri e nanoparticelle, che si auto-assembla durante la stampa. I trattamenti termici successivi trasformano il materiale in un superconduttore cristallino poroso, con proprietà finora irraggiungibili.
L’architettura porosa ottenuta garantisce una superficie interna record per i superconduttori compositi, caratteristica ideale per lo sviluppo di nuovi materiali quantistici. I ricercatori stanno già testando altri composti, come il nitruro di titanio, puntando a strutture tridimensionali difficili da ottenere con le tecniche convenzionali.
Il lavoro è stato reso possibile grazie all’impegno di un team interdisciplinare di chimici, fisici e scienziati dei materiali, a conferma di quanto la collaborazione tra discipline sia oggi fondamentale per spingere la ricerca oltre i confini conosciuti. Secondo Wiesner, la nuova metodologia potrebbe aprire la strada a una generazione di superconduttori con proprietà su misura, realizzati in modo più semplice e scalabile rispetto al passato.
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