nuovi materiali

2) Nomex

La fibra nomex è stata commercializzata a metà degli anni Sessanta. È disponibile in fiocco, filati, strutture laminari e cartoni. Presenta una resistenza stupefacente al calore e alla fiamma ed eccellenti caratteristiche di isolamento elettrico. E’ adatta a una vasta gamma di applicazioni come indumenti protettivi ,  per la filtrazione di gas caldi, per isolamento elettrico e come struttura a nido d’ape, per materiali compositi.

GRAFENE

Fu scoperto per caso nel 2004 in un laboratorio inglese, quando due scienziati cercavano di ottenere uno strato di grafite più sottile possibile. I due futuri premi Nobel, armati di nastro adesivo e tanta pazienza, hanno asportato la grafite una striscia alla volta, fino a rimanere con uno strato di carbonio monoatomico, prima di allora ritenuto impossibile. 

Il grafene derivato dalla normalissima grafite (quella contenuta in una matita), è un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti secondo una struttura a celle esagonali, che assomigliano a quelle di un alveare. È il materiale più sottile mai creato dall’uomo ed è tra i più leggeri che esistono:

il suo spessore equivale alle dimensioni di un solo atomo, cioè le stesse che otterremmo dividendo un capello in 10 000 parti. Ha la resistenza meccanica del diamante e la flessibilità della plastica. È 200 volte più  resistente  dell’acciaio,  conduce  l’elettricità  meglio  del  rame  ed  è  un  ottimo 

conduttore di calore. Il grafene si comporta come un conduttore dalle eccezionali proprietà elettriche e termiche, che lo rendono adatto nel futuro a sostituire il rame nei nostri computer: gli elettroni, in questo materiale, riescono infatti a viaggiare a velocità prossime a quelle della luce.

Altre applicazioni possibili riguardano la realizzazione di componenti elettronici a bassissimo consumo per smartphone e tablet, che potranno così essere ricaricati una volta al mese, invece che a intervalli di qualche giorno. Il grafene è molto flessibile, per cui potrebbe diventare il materiale ideale per costruire gli e-reader del futuro, cioè quei dispositivi palmari su cui si possono leggere libri, giornali e riviste.

LE LEGHE A MEMORIA DI FORMA

Le leghe a memoria di forma sono materiali metallici che riescono a tornare a una forma «memorizzata» se viene cambiata la loro temperatura o la sollecitazione applicata.  La lega scoperta per prima, in ordine di tempo, con questa capacità era composta da oro e cadmio. Successivamente si scoprì che anche l’ottone (lega di rame e zinco) poteva avere tali proprietà. Solo negli anni Sessanta si arrivò all’osservazione della memoria di forma nella lega di nichel e titanio( NiTi) . 

Le applicazioni delle leghe a memoria di forma sono molteplici. Queste leghe sono molto costose e solo negli ultimi anni il loro  prezzo è diminuito tanto da renderle più diffuse. 

Industria spaziale Le molle per aprire i pannelli solari sui satelliti sono fatte con queste leghe. Una volta in orbita, variando la temperatura delle molle queste fanno aprire i pannelli.

Medicina Con le leghe NiTi si realizzano apparecchi ortodontici che permettono di applicare lo stesso sforzo sui denti anche durante la masticazione, sonde per aprire arterie occluse, perni per fratture ossee ecc.

Industria in generale I meccanismi di controllo affidabili e senza parti in movimento sono costruiti in NiTi: apparecchi antivibrazioni e meccanismi

silenziosi per elettrodomestici, regolatori automatici per la temperatura dell’acqua dei rubinetti (l’elemento cambia forma per far passare più acqua calda o fredda mantenendo costante la temperatura).

MATERIALI CERAMICI AVANZATI

Fino a circa quaranta anni fa, con il termine «ceramici» ci si riferiva a quei prodotti che venivano ottenuti dalla cottura di argille naturali (laterizi, terracotta, porcellana ecc.), mescolate con altri materiali e impastate con acqua allo scopo di poterle formare. Negli ultimi anni è nata una nuova generazione di materiali ceramici, detti «avanzati», che presentano ottime prestazioni strutturali e/o funzionali e sono caratterizzati da:

■ eccellenti proprietà meccaniche: elevata durezza (circa tre volte quella del vetro), alta resistenza alla flessione (fino a cinque volte quella dei ceramici convenzionali);

■ ottima resistenza alla compressione e buona tenacità (capacità di resistere agli urti);

■ ottime proprietà termiche, in special modo resistenza alle alte temperature;

■ proprietà isolanti, per esempio gli isolanti per i cavi ad alta tensione sono fatti con questi nuovi materiali.

Ceramiche dello Shuttle Durante il rientro nell’atmosfera lo Space Shuttle raggiunge esternamente elevatissime temperature a causa dell’attrito dell’aria sulla fusoliera. Viene così provvisto di uno scudo termico che non lo faccia incendiare e che non deve deformarsi nel passare dal gelo dello Spazio alle altissime temperature di rientro. Questo scudo è realizzato con vari materiali tra cui i ceramici avanzati.

Ceramiche piezoelettriche Sono materiali ceramici che se subiscono una vibrazione di una certa intensità producono una breve corrente elettrica (effetto piezoelettrico diretto). Una possibile applicazione è nei sensori antivibrazione per auto o nei trasduttori acustici 

Superconduttori Sono materiali che se raffreddati sotto la loro temperatura critica non offrono alcuna resistenza al passaggio di corrente elettrica. Il superconduttore più utile, cioè con temperatura critica più alta (–135 °C), è un composto ceramico a base di mercurio, bario, calcio, rame e ossigeno..

Fibre ottiche Sono fibre fatte di vetro al quarzo purissimo capaci di condurre al loro interno la luce.   Esse hanno sostituito i fili in rame in quei settori in cui è necessaria grande velocità, bassa dispersione e basse interferenze. La primissima fibra ottica è stata brevettata nel 1956 per uso medico, nel processo di sviluppo di un gastroscopio.   La scoperta ha trovato applicazioni nelle comunicazioni televisive, in quelle telefoniche e nella trasmissione di dati per computer. Il principio di funzionamento di una fibra ottica si basa sulla rifrazione di luce. Questa si propaga nel cuore della fibra seguendo un percorso a zig-zag. È infatti sufficiente trasformare un impulso elettrico in impulso luminoso e immetterlo in una fibra ottica: all’altro capo del “filo”, l’impulso luminoso viene nuovamente trasformato in impulso elettrico. I vantaggi di questo sistema, rispetto ai tradizionali fili di rame, sono enormi. Le fibre ottiche hanno infatti dimensioni minori e possono trasmettere un segnale a distanze maggiori dei normali cavi elettrici, prima che sia necessaria la sua amplificazione. Infine, poiché non è conduttrice di elettricità, una fibra ottica non subisce interferenze elettriche e il segnale non risulta disturbato.  

Nanoceramiche: Negli  ultimi  anni  si  è  sviluppata  una  nuova  tecnologia,  chiamata nanoceramica

Fra  le  applicazioni  delle  nanoceramiche  ricordiamo  il rivestimento antigraffi per le lenti in plastica per occhiali. Si possono produrre vetri per finestre, rivestiti di un sottile strato di nanoceramica, che reagiscono alla luce e al calore. Agendo su di un interruttore la finestra diventa scura e opaca. Un’altra curiosa applicazione delle nanoceramiche sono le superfici che respingono lo sporco