Materiale ceramico a memoria di forma

materiale ceramico
I diagrammi mostrano i due diversi modi in cui la struttura atomica del materiale a memoria di forma, la ceramica zirconia, può essere configurata. Un innesco esterno, come una variazione di temperatura, può spostare la configurazione da una forma all'altra, cambiandone le dimensioni e permettendole di esercitare una pressione o di compiere altri lavori. Lo sfondo è un'immagine al microscopio elettronico del materiale, con i due colori che indicano le due diverse configurazioni. (Foto: Edward Pang)

Un team di ricerca del MIT ha sviluppato una tecnica per produrre un materiale ceramico in grado di agire senza accumulare danni, rendendolo un materiale a memoria di forma per applicazioni alle alte temperature.

Una nuova categoria di materiali a memoria di forma realizzati in ceramica potrebbe aprire la strada a una nuova gamma di applicazioni, soprattutto per impostazioni ad alta temperatura, come attuatori all’interno di un motore a reazione o un pozzo profondo.

L’hanno sviluppata i ricercatori del MIT – Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, Massachusetts (Usa) partendo dalla ceramica.

I metalli a memoria di forma sono comunemente usati come attuatori in una grande varietà di dispositivi, ma sono limitati dalle temperature di servizio, di solito al massimo alcune centinaia di gradi Celsius.

La ceramica sopporta bene le alte temperature, ma è fragile.

La zirconia, in particolare, possiede proprietà di memoria di forma, ma accumula danni molto facilmente durante un ciclo di memoria di forma, una proprietà misurata come un’isteresi elevata.

«Il nostro obiettivo era progettare una nuova ceramica e mirare specificamente a quell’isteresi, quindi abbiamo preso tutti i moderni strumenti della scienza e li abbiamo integrati in un modo totalmente nuovo» riporta il ricercatore Christopher Schuh.

Il risultato è stata una nuova variante di zirconia, in cui alcuni atomi di elementi diversi sono stati introdotti nella sua struttura in un modo che altera alcune delle sue proprietà.

L’isteresi è cambiata così radicalmente che ora assomiglia a quella dei metalli e la deformazione che il materiale può ottenere ammonta a circa il 10%, cioè un’asta di questo materiale potrebbe allungarsi del 10% quando viene attivata abbastanza per svolgere un lavoro significativo.

Il team prevede di continuare a esplorare il materiale, trovare modi per produrlo in lotti più grandi e forme più complesse e testarne la capacità di resistere a molti cicli di trasformazione.

Le potenziali applicazioni sono notevoli: «Ci sono cose che facciamo con sistemi meccanici complessi che hanno molte parti e assiemi, e l’idea di poter sostituire un complesso pacchetto di cose con un unico materiale con funzionalità integrata su scala atomica è grandiosa, perché trasforma cose grandi e complicate in cose piccole e semplici» conclude il ricercatore.