La struttura gerarchica può essere utile non solo per strutture reticolari di ingegneria macroscopica come la Torre Eiffel, ma anche per materiali a rete leggeri, ma forti, da impiegare nella costruzione di aeromobili e nell’industria automobilistica. Questa l’idea di un team di ricerca dell’Helmholtz-Zentrum Geesthacht – Centre for Materials and Coastal Research, in Germania.
Si definisce gerarchico l’approccio ingegneristico che prevede una serie aperta di travi più grandi controventate da travi più piccole.
Un nuovo tipo di materiale eccezionalmente leggero e resistente
I ricercatori tedeschi sono partiti da questa idea: se i fasci potessero essere rafforzati ridimensionandosi a pochi nanometri di diametro, potrebbero fornire la base per un nuovo tipo di materiale eccezionalmente leggero e allo stesso tempo resistente.
Il team ha immerso una lega di argento al 93% e oro al 7% nell’acido solforico diluito, sciogliendo circa la metà dell’argento. Di conseguenza, il materiale rimanente si è riorganizzato, formando una delicata rete di fasci su nanoscala. Successivamente il materiale ha subito un trattamento termico a diverse centinaia di gradi.
Durante l’ultima fase, l’acido è stato utilizzato nuovamente per lavare via il resto dell’argento, lasciando solo travi d’oro con una dimensione dei pori di 15 nanometri in media. Il risultato è un materiale strutturato gerarchicamente con due dimensioni del fascio nettamente diverse, come nella Tour Eiffel. Per via della sua struttura a rete aperta, questo nuovo materiale è costituito dall’80 al 90% di aria, con una una densità del metallo solido solo dal 10 al 20%.
I test hanno evidenziato “valori eccezionalmente alti per parametri meccanici chiave come la resistenza e il modulo elastico” commenta Jörg Weißmüller, docente di Meccanica dei materiali all’HZG.
Il nuovo materiale non si può ancora impiegare a livello industriale, perché l’oro è troppo costoso, troppo pesante e troppo morbido, ma il nuovo approccio potrebbe essere trasferito ad altri metalli come l’alluminio, il magnesio o il titanio: “a quel punto il materiale potrà essere applicato alla vita reale, per esempio in veicoli più leggeri ed efficienti dal punto di vista energetico” conclude Weißmüller.