Leghe ad alta entropia: sfide e prospettive future

Figura 1 - Lo sviluppo di una nuova idea nelle leghe.

Diluire un elemento base con piccole quantità di un altro serve come base per sviluppare leghe dall’età del bronzo. Oggi un concetto fondamentalmente nuovo per il quale le leghe non hanno un singolo elemento dominante sta dando un significativo impulso alla scoperta dei materiali. Le leghe ad alta entropia (HEA) si riferiscono a leghe in soluzione solida con più elementi principali per via della loro configurazione a elevata entropia, in contrasto con quelle tradizionali, che hanno un singolo componente principale. Le composizioni uniche e le attraenti proprietà risultanti dalle HEA hanno stimolato un crescente interesse della ricerca per le potenziali applicazioni industriali.

Storia dello sviluppo delle leghe

Oltre 5000 anni fa, il primo sviluppatore di leghe diluì rame elementare con una piccola quantità di stagno per fare il bronzo. Questo semplice approccio per lo sviluppo di materiali ha cambiato il corso delle civiltà e da allora l’umanità utilizza lo stesso approccio per sviluppare le leghe.

L’idea è semplice: un elemento con alcune proprietà attrattive è utilizzato come base e quantità minori di altri elementi sono aggiunte per migliorare le proprietà. Meno di una decina di elementi metallici erano conosciuti prima del XVIII secolo, limitando le opzioni per i primi sviluppatori di leghe; gli elementi rimanenti sono stati scoperti successivamente in rapida sequenza e tutti i più interessanti sono stati ormai sfruttati.

Nel XX secolo elementi di base leggermente legati hanno fornito leghe leggere per impieghi ad alte temperature, essenziali per le moderne industrie aerospaziali, alimentando diverse trasformazioni della società attraverso il trasporto aereo, la comunicazione e la navigazione via satelliti e il GPS. Tuttavia, ci sono alcuni segnali che questo approccio vecchio di millenni stia probabilmente raggiungendo i suoi limiti. Importanti lavori di ricerca a livello internazionale per sviluppare ulteriori materiali stanno fallendo. Essi comprendono gli sforzi verso leghe migliorate a elevate temperature per la produzione di energia e la propulsione aerospaziale, così come leghe a basso costo e a bassa densità per i trasporti.

Un problema importante dietro gli sviluppi mancati è l’assenza di nuovi elementi base; infatti, in quasi 100 anni non sono stati scoperti altri elementi metallici stabili. Quale risultato, lo sviluppo dei materiali è talvolta etichettato come una “tecnologia matura“. Tuttavia, una tecnologia è matura solo quando esaurisce le idee ed è apparso di recente un concetto fondamentalmente nuovo che può rinvigorire la scoperta di materiali innovativi.