Scienza
Scoperto metallo in grado di rigenerarsi
Gli scienziati della Texas A&M University sono rimasti sbalorditi quando un pezzo di metallo si è rigenerato da solo davanti ai loro occhi.
Mentre tiravano un pezzo di platino dello spessore di 40 nanometri all’interno di un vuoto 200 volte al secondo, i ricercatori ha osservato come il materiale potesse ripararsi sotto la lente di un microscopio elettronico.
Gli scienziati coinvolti sostengono che si tratta della prima volta che vediamo un pezzo di metallo rompersi e poi fondersi di nuovo da solo, un fenomeno che potrebbe anche «inaugurare una rivoluzione ingegneristica» se si riuscisse a trovare una maniera per poterne usufruire, scrivono in un comunicato stampa.
Sottoposte a pressioni ripetute, le macchine tendono a usurarsi nel tempo a causa delle sollecitazioni che possono causare crepe microscopiche, che col tempo crescono e causano il guasto del dispositivo.
Tuttavia, la nuova scoperta suggerisce che i metalli potrebbero avere un modo segreto per guarire se stessi, annullando queste fratture microscopiche.
«Ciò che abbiamo confermato è che i metalli hanno una loro capacità intrinseca e naturale di autoripararsi, almeno nel caso di danni da fatica su scala nanometrica», ha affermato Brad Boyce, scienziato dei materiali della Texas A&M University, coautore di un . «È stato assolutamente incredibile vederlo in prima persona», ha aggiunto.
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Se mai si riuscisse a trovare un modo per sfruttare questo effetto, le implicazioni potrebbero essere enormi «dai giunti di saldatura dei nostri dispositivi elettronici ai motori dei nostri veicoli fino ai ponti su cui passiamo, queste strutture spesso cedono in modo imprevedibile a causa del carico ciclico che porta all’innesco di crepe e alla possibile frattura», ha dichiarato il Boyce, aggiungendo poi che questi fallimenti materiali «si misurano in centinaia di miliardi di dollari ogni anno per gli Stati Uniti».
Boyce e i suoi colleghi suggeriscono un processo chiamato «saldatura a freddo del fianco della fessura». Ma trovare modi per sfruttare questa capacità di autoguarigione è estremamente difficile. Rimangono molte incognite e non si conosce ancora se questi risultati siano generalizzabili.
«Mostriamo che ciò accade nei metalli nanocristallini nel vuoto», ha affermato il ricercatore. «Ma non sappiamo se questo può essere indotto anche nei metalli convenzionali presenti nell’aria».
Si tratta comunque di una nuova scoperta inaspettata nel campo della scienza dei materiali che dimostra quanto ancora c’è da imparare e da ricercare, scrive Futurism.
La scienza dei metalli sta producendo negli ultimi anni risultati incredibili.
Come riportato da Renovatio 21, nel 2023 un team di ricercatori sino-americani ha creato un vero robot umanoide che cambia forma – o nel loro gergo, «modificazione della forma» – in grado di liquefarsi e poi riformarsi di nuovo.
It’s not exactly the T-1000—yet. But researchers have created a liquid metal robot that can mimic the shape-shifting abilities of the silvery, morphing killer robot in Terminator 2: Judgement Day. https://t.co/tyNW1CPLCy pic.twitter.com/WV5NIsQQHn
— News from Science (@NewsfromScience) January 25, 2023
In altre parole, il piccolo robot assomiglia molto al T-1000, l’androide assassino antagonista nella famosa pellicola diretta da James Cameron Terminator 2 (1991).
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Scienza
Gli scienziati inventano ologrammi che si possono toccare
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Scienza
Scienziati dei superconduttori vicini alla perdita di energia zero
I ricercatori negli Stati Uniti hanno svelato i segreti dei superconduttori ad alta temperatura. I ricercatori dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno scoperto come minuscole modifiche nella struttura del superidruro consentano la superconduttività a temperature prossime a quella ambiente ma a pressioni estreme, offrendo spunti per la progettazione di superconduttori più pratici.
«Questi esperimenti dimostrano le potenzialità dell’APS potenziato. Ora possiamo studiare le strutture a livello atomico con un livello di dettaglio senza precedenti nei materiali sottoposti a pressioni estreme», ha affermato Maddury Somayazulu, fisico di Argonne.
I ricercatori hanno scoperto che i superconduttori permettono all’elettricità di fluire senza resistenza, il che significa che non si perde energia sotto forma di calore. Questa proprietà li rende utili per tecnologie come gli scanner MRI, gli acceleratori di particelle, i treni a levitazione magnetica e alcuni sistemi di trasmissione di energia.
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I ricercatori hanno inoltre sottolineato che la maggior parte dei superconduttori, tuttavia, funziona solo a temperature estremamente basse, spesso centinaia di gradi sotto zero Fahrenheit. Mantenere i materiali a temperature così basse richiede sistemi di raffreddamento complessi e costosi, il che limita i campi di applicazione dei superconduttori.
Ora, i ricercatori negli Stati Uniti hanno contribuito a fare un passo avanti per superare questa limitazione. Hanno acquisito nuove conoscenze su una classe di materiali chiamati superidruri, che possono diventare superconduttori a temperature molto più elevate, intorno ai 10 gradi Fahrenheit.
Nel nuovo studio, Hemley e i suoi colleghi ricercatori hanno esplorato la possibilità di ridurre la pressione necessaria per ottenere la superconduttività modificando la composizione chimica del materiale. Hanno aggiunto una piccola quantità di ittrio al superidruro di lantanio per renderlo più stabile e diminuire la pressione richiesta.
«Per raggiungere queste pressioni estreme, abbiamo compresso un minuscolo campione tra due diamanti», ha affermato Maddury Somayazulu, fisico dell’APS. Il dispositivo a incudine di diamante del team è in grado di generare pressioni fino a cinque milioni di atmosfere.
Dopo aver formato il materiale superconduttore ad alta pressione e temperatura, il team ha utilizzato raggi X ad alta energia provenienti dall’APS per studiarne la struttura (presso le linee di fascio 16-ID-B e 13-ID-D).
«Abbiamo focalizzato un intenso fascio di raggi X su un campione spesso solo pochi micrometri e largo dai dieci ai venti micrometri», ha affermato Vitali Prakapenka, scienziato della linea di fascio e professore di ricerca presso l’Università di Chicago. Un micrometro corrisponde a circa 1/70 della larghezza di un capello umano.
Il recente aggiornamento dell’APS ha reso possibili queste misurazioni. Il suo fascio di raggi X più luminoso e focalizzato ha permesso ai ricercatori di studiare campioni estremamente piccoli variando la pressione, secondo un comunicato stampa.
«Quel fascio ci ha permesso di separare i segnali provenienti dal minuscolo campione stesso da quelli provenienti dai materiali circostanti e dalle incudini di diamante», ha affermato Prakapenka.
Il team ha scoperto che piccole differenze nella disposizione degli atomi in un reticolo cristallino possono influenzare fortemente la superconduttività. Hanno identificato due diverse strutture cristalline, ognuna delle quali diventa superconduttrice a una temperatura leggermente diversa, come riportato nel comunicato stampa.
«Questi esperimenti dimostrano cosa può fare l’APS aggiornato», ha affermato Somayazulu. «Ora possiamo studiare le strutture a livello atomico con un dettaglio senza precedenti nei materiali sottoposti a pressioni estreme.»
I ricercatori hanno inoltre sottolineato che, sebbene le pressioni utilizzate negli esperimenti siano ancora molto elevate (circa 1,4 milioni di volte la pressione atmosferica), considerano questo un passo avanti a lungo termine. Stanno aggiungendo altri elementi per ridurre ulteriormente la pressione, con l’obiettivo di rendere questi materiali utilizzabili in ambito pratico.
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Superconduttori con capacità di condurre elettricità con resistenza zero, rivoluzionano molti settori. Permettono di creare magneti potentissimi senza dispersioni energetiche, utilizzati negli scanner MRI per diagnostica medica ad alta risoluzione e nei levitatori magnetici per treni superveloci come i Maglev, che fluttuano sopra i binari riducendo attrito e consumi.
Nelle reti elettriche, i cavi superconduttori trasportano enormi quantità di energia su lunghe distanze senza perdite, migliorando l’efficienza delle rinnovabili e riducendo lo spreco globale. Nei computer quantistici, i superconduttori formano qubit (cioè unità fondamentale di informazione nei computer quantistici) stabili a temperature criogeniche, accelerando calcoli impossibili per i sistemi tradizionali.
Superconduttori di questa fattura possono generare campi magnetici intensi per esperimenti di fisica delle particelle e fusione nucleare controllata, aprendo la strada a energia pulita illimitata. In futuro, potrebbero abilitare voli ipersonici o storage di energia magnetica ad altissima densità. La perdita energetica zero trasforma efficienza, velocità e innovazione tecnologica.
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Immagine di Julien Bobroff, Frederic Bouquet, Jeffrey Quilliam, LPS, Orsay, France via Wikimedia pubblicata su licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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