Acciai più resistenti con nanotubi di carbonio

nanotubi id carbonio

I nanotubi di carbonio, ottenuti processando il grafene, sono un materiale dalle proprietà straordinarie. Attualmente sono in corso studi al fine di combinare tale materiale all’acciaio creando così nuove leghe più performanti. Altre applicazioni riguardano l’impiego di nanotubi di carbonio per realizzare saldature più resistenti.

Dal grafene ai nanotubi di carbonio

Il grafene è un materiale composto solamente da atomi di carbonio, disposti a formare una griglia monodimensionale a celle esagonali: una sorta di nido d’ape dello spessore di un solo atomo. Questa struttura gli conferisce proprietà inconsuete, in grado di unire la flessibilità dei materiali plastici alla resistenza del diamante. Un foglio ideale di grafene della dimensione di 1 m2 peserebbe solo 0,7 mg, sarebbe virtualmente invisibile e resistere ad un peso di 4 kg. In altre parole, un foglio di grafene del peso di un granello di sabbia potrebbe sostenere un gatto adulto.

Arrotolando questo foglio fino a formare un cilindro, possiamo ottenere i nanotubi di carbonio (carbon nano-tubes, CNT). I nanotubi di carbonio possono essere di due tipi:

  • a parete singola, composti da un singolo strato di grafene avvolto su sé stesso
  • a parete multipla, costituito da più gusci coassiali, uno all’interno dell’altro.

I nanotubi di carbonio per la produzione di acciai speciali

Da alcuni anni i ricercatori indagano la possibilità di utilizzare le proprietà straordinarie dei nanotubi di carbonio per la produzione di acciai speciali. Si tratta dei cosiddetti Carbon NanoTube-Metal Matrix Composites (CNT-MMC), una categoria emergente di nuovi materiali. La sfida per gli ingegneri è legare i CNT alla matrice metallica in modo omogeneo, resistente e, non ultimo, economico. Per superare questi problemi, sono state sviluppate tecniche sia meccaniche che chimiche per la produzione di polveri nanostrutturate. A questo scopo sono state sviluppate varie tecniche:

  • tramite metallurgia a polveri e sinterizzazione
  • elettrodeposizione
  • spruzzatura termica
  • fusione
  • deposizione fisica da vapore (PVD) o deposizione chimica da vapore (CVD)

I CNT-MMC sfruttano l’elevato carico di rottura e la conduttività elettrica dei nanotubi di carbonio, unita alla formabilità e alla resistenza del metallo. In alcuni casi, le prestazioni dell’acciaio possono aumentare in maniera stupefacente:

  • modulo di elasticità: + 47%
  • tensione di snervamento: + 104%
  • carico di rottura: + 93%

Per tutti i dettagli sui nuovi materiali e sulle ripercussioni sul processo di saldatura leggi l’approfondimento

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