Materiali innovativi: i cinesi scoprono una ceramica dura ma pieghevole, perfetta per motori e arti artificiali

Ricercatori cinesi hanno creato la prima sostanza ceramica al mondo in grado di flettersi come il metallo. Questo sviluppo, se praticabile oggettivamente, potrebbe migliorare le articolazioni artificiali e le prestazioni dei motori a combustione.

Chen Kexin, scienziato dei materiali che ha guidato la ricerca, afferma che il nuovo materiale è per la prima volta duro come la ceramica, ma flessibile come il metallo, creando delle opportunità di utilizzo mai viste prima:  “Questa ceramica può portare rivoluzioni tecnologiche in molti settori”, ha dichiarato Chen, professore presso il dipartimento di ingegneria e scienze dei materiali della National Natural Science Foundation of China.la ricerca è stata pubblicata da Science.

Il 27 ottobre Chen e i suoi collaboratori della Tsinghua University hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Science. In un articolo pubblicato sullo stesso numero di Science, Erkka Frankberg dell’Università di Tampere in Finlandia ha affermato che la scoperta “potrebbe portare a materiali più leggeri e più resistenti anche delle migliori leghe metalliche di oggi”.

“Da quando ho iniziato la mia carriera, 30 anni fa, in tutto il mondo sono state condotte ricerche sulla plasticità della ceramica. Si può dire che oggi abbiamo finalmente raggiunto una svolta su questo tema”, ha dichiarato Chen.

Gli scienziati hanno utilizzato le nanotecnolgie avanzate per questo metallo, realizzando delle nano-colonne con due diverse formazioni cristalline utilizzando il nitruro di silicio. Quando si esercita una forza esterna su una struttura cristallina, questa può trasformarsi in una altra forma, riuscendo quindi a modificare la propria morfologia. In questo modo il materiale si piega prima di tornare alla sua forma originale.

Questa sostanza può essere particolarmente vantaggiosa per la creazione di motori aeronautici. I materiali ceramici sono resistenti, leggeri e tollerano il calore. I motori flessibili in ceramica potrebbero funzionare a temperature significativamente più elevate e con un’efficienza del carburante di gran lunga migliore rispetto ai tipici motori in lega.

Un motore termico in ceramica potrebbe muoversi molto più velocemente di un motore in lega perché sarebbe molto più leggero. L’alleggerimento del motore riduce le sollecitazioni sugli altri componenti. Un motore in ceramica potrebbe avere un serbatoio del liquido di raffreddamento più piccolo, grazie alla superiore resistenza al calore dei materiali ceramici rispetto alle leghe. Le temperature di combustione più elevate di un motore in ceramica potrebbero produrre più spinta e meno inquinamento.

Le ceramiche in nitruro di silicio possono sostituire il metallo nelle protesi articolari perché sono biocompatibili, leggere e resistenti ai batteri. La maggior parte delle protesi articolari in metallo deve essere sostituita ogni dieci anni, il che è costoso e doloroso.

“Le articolazioni artificiali realizzate con la ceramica possono durare tutta la vita dopo l’impianto”, ha spiegato Chen.

Chen ha anche detto che il materiale potrebbe essere utilizzato per produrre cuscinetti, una parte essenziale delle turbine eoliche che collega il generatore alle pale del ventilatore. La durata di ciascun cuscinetto, che deve sostenere diverse tonnellate di pressione durante l’uso, influisce sulla durata complessiva del sistema.

“La nostra ceramica flessibile al nitruro di silicio potrebbe essere utilizzata per produrre cuscinetti che durano più a lungo, riducendo così il costo medio dell’energia eolica”, spiega Chen.

“Sulla base dei nostri esperimenti, è possibile produrre questo materiale ceramico flessibile su larga scala. C’è un ovvio vantaggio di prezzo nel campo delle apparecchiature di fascia alta”, ha aggiunto. Questo tipo di ceramica è veramente un prodotto rivoluzionario che promette di modificare la tecnologia degli anni a venire