Abbiamo sempre pensato che non esistesse niente al mondo più resistente del diamante. Recentemente gli scienziati hanno registrato la più alta tenacità mai riscontrata prima e lo hanno fatto utilizzando una lega metallica di cromo, cobalto e nickel, chiamata CrCoNi.
Il CrCoNi e i materiali HEA
Il CrCoNi è una lega metallica creata in laboratorio, realizzata con il cromo, il cobalto e il nickel. Esso fa parte delle leghe ad alta entropia (HEA).
Queste leghe sono realizzate da una miscela uguale di ciascuno degli elementi che le costituiscono.
Le leghe HEA sono conosciute da un paio di decenni nella comunità scientifica, ma fino a pochi anni fa non si aveva la tecnologia necessaria per spingere i materiali ai loro limiti. Solo spingendoli ai loro limiti si possono determinare caratteristiche come la tenacia e la resistenza.
Il materiale più resistente al mondo: lo studio
L’esperimento è stato portato a termine da un team di ricercatori della Lawrence Berkeley National Laboratory e degli Oak Ridge National Laboratory. Durante i test è stato registrato il dato più alto di sempre sulla tenacità del materiale.
Il risultato è stato pubblicato sul sito dei Berkley Lab e lo studio completo sul nuovo materiale è stato pubblicato sul magazine di Science.
In particolare i ricercatori hanno studiato due leghe HEA: il CrCoNi e il CrMnFeCoNi. È quasi un decennio che il team si è specializzato sulle leghe HEA e il risultato è il frutto di anni di duro lavoro.
Di ciascuna delle leghe hanno creato dei campioni, per testarne i limiti e registrarne le caratteristiche.
Il CrCoNi e la sua tenacità
Tra le leghe HEA si è quindi trovato il materiale più resistente al mondo. Durante i test il CrCoNi si è dimostrato estremamente duttile, malleabile e resistente a deformazioni permanenti.
La cosa davvero sorprendente è che queste qualità migliorano quando il materiale viene raffreddato. Solitamente è il contrario. Come hanno spiegato i ricercatori, “questo è in contrasto con la maggior parte degli altri materiali esistenti. Quando si progettano materiali strutturali, si desidera che siano forti ma anche duttili e resistenti alle fratture.
In genere, è un compromesso tra queste proprietà. Ma questo materiale è entrambe le cose, e invece di diventare fragile alle basse temperature, diventa più resistente”.
La tenacità del materiale più resistente al mondo è sbalorditiva
Quando diciamo che il CrCoNi è il materiale più resistente al mondo forse dovremmo dare anche dei numeri per capire meglio quanto ciò sia sbalorditivo. I dati emersi hanno sbalordito gli stessi ricercatori, i quali hanno spiegato:
“La tenacità di questo materiale vicino alle temperature dell’elio liquido arriva fino a 500 megapascal per metro quadrato. Nelle stesse unità, la tenacità di un pezzo di silicio è di 1, la struttura in alluminio negli aerei passeggeri è di circa 35 e la tenacità di alcuni dei migliori acciai è di circa 100. Quindi, 500, è un numero sbalorditivo!”.
Cos’è la tenacità
Potremmo chiamarla semplicemente resistenza o durezza, ma in ambito scientifico viene chiamata tenacità, la quale non è esattamente la stessa cosa.
Niente è perfetto, nemmeno il diamante o la lega CrCoNi. I difetti del materiale sono chiamate dislocazioni, dove il reticolo deformato incontra quello non deformato.
Nel momento in cui applichiamo una forza al materiale, questo cambia forma proprio a causa del movimento delle dislocazioni. Più le dislocazioni si muovono facilmente più morbido è il materiale.
Tuttavia, spesso la durezza del materiale è anche la sua fragilità, perché con la forza questo potrebbe rompersi proprio sulle dislocazioni, generando delle crepe. Ma questo non succede con il materiale più resistente al mondo, che ha dimostrato un’incredibile resistenza alla forza applicata.
I ricercatori già pensano che la loro lega potrà essere impiegata nel settore aerospaziale, dato che il CrCoNi è in grado di resistere alle rigide temperature dello spazio. Al momento, però, la sua realizzazione è troppo costosa per qualsiasi utilizzo pratico. Ci vorrà ancora del tempo prima che questa possa trovare utilizzi concreti.