Leggerissimo ma resistentissimo: uno studio realizzato grazie ad una collaborazione tra ingegneri del MIT, del Caltech e dell’ETH di Zurigo ha dimostrato come i materiali “nanoarchitettati” possano rappresentare il futuro per la realizzazione di armature, rivestimenti protettivi o scudi anti-esplosione ultraleggeri e super resistenti.

Grazie all’utilizzo dell’ingegneria nanometrica sono riusciti a realizzare un materiale composto da montanti in carbonio in grado di conferire al prodotto finito elevatissimi livelli di robustezza fisica e meccanica senza andare ad aumentarne però il peso.

La stessa quantità di massa del nostro materiale risulta essere molto più efficiente nel fermare un proiettile rispetto alla stessa quantità di massa di Kevlar

Queste le parole di Carlos Portela, Assistant Professor di Ingegneria Meccanica al MIT, Responsabile del Progetto di Ricerca.

Il materiale è stato realizzato presso il Caltech tramite una tecnica che utilizza un laser ad alta potenza per solidificare le microstrutture in una resina fotosensibile, seguendo uno schema ripetuto a tetracaidecaedro: una nano architettura che gli conferisce resistenza alla flessione. Dopo aver modellato la struttura reticolare, la resina in eccesso è stata tolta e il materiale è stato inserito in un forno sottovuoto per la conversione del polimero in carbonio ultraleggero.

Per testare la resistenza del materiale ad impatti ad altissima velocità, il team di ingegneri del MIT ha poi utilizzato una tecnica per la creazione di impatti tramite particelle indotte da un laser, accelerate verso il bersaglio a velocità comprese tra i 40 e i 1.100 metri al secondo. 

Supersonico è qualcosa che si muove ad una velocità superiore a 340 metri al secondo, che è la velocità del suono nell’aria a livello del mare. Alcuni esperimenti da noi effettuati hanno raggiunto facilmente il doppio della velocità del suono.
                                                                            

spiega Carlos Portela. 

Realizzato in due densità differenti, tramite l’utilizzo di una telecamera ad alta velocità, il team ha potuto constatare che il materiale più denso era il più resistente dei due e le microparticelle tendevano ad incorporarsi nel materiale piuttosto che essere respinte. 

Il vantaggio di questo materiale consisterebbe proprio in questa capacità di assorbire molta energia andando a generare un meccanismo di compattazione degli urti dei montanti progettati su scala nanometrica.

Non solo: i ricercatori sono anche riusciti a prevedere la tipologia e l’intensità del danno che il materiale può sopportare.

Il materiale realizzato che ha uno spessore millimetrico, più sottile di un capello, grazie alla sua capacità di resistenza agli impatti e urti più elevata dell’acciaio, dell’alluminio o del Kevlar, offre innumerevoli possibilità applicative per il futuro, dalla difesa all’aerospazio. 

 

Per approfondire:

Portela, C. M., Edwards, B. W., Veysset, D., Sun Y., Nelson, K. A., Kochmann, D. M., Greer, J. R. (2021) Supersonic impact resilience of nanoarchitected carbon, Nature Materials, 24 June 2021, DOI https://doi.org/10.1038/s41563-021-01033-z

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