Acciaio e plastica.
Questi due materiali sono essenziali per le infrastrutture e la tecnologia
ed hanno punti di forza e debolezza complementari.
L'acciaio è resistente e duro,
ma difficile da plasmare in forme complesse.
Mentre la plastica può assumere qualsiasi forma
ma è fragile e morbida.
Non sarebbe fantastico se esistesse un materiale
forte come l'acciaio
e malleabile come la plastica?
Beh, molti scienziati e tecnologi
sono entusiasti per un'invenzione relativamente recente
di nome vetro metallico,
che possiede entrambe queste proprietà, e molte altre.
I vetri metallici appaiono brillanti e opachi, come i metalli,
e come questi, conducono calore ed elettricità.
Ma sono molto più resistenti della maggior parte dei metalli,
per cui possono sopportare grandi pesi
senza deformarsi o ammaccarsi,
diventare bisturi super affilati
e rivestimenti ultra resistenti per l'elettronica,
cardini,
viti
e la lista è lunga.
I vetri metallici hanno anche un'incredibile capacità
di immagazzinare e rilasciare energia elastica,
il che li rende perfetti per le attrezzature sportive,
come le racchette da tennis,
le mazze da golf
e gli sci.
Sono resistenti alla corrosione
e possono assumere forme complesse con superfici a specchio
in un solo passaggio di plasmatura.
Nonostante la loro forza a temperatura ambiente,
quando si sale di qualche centinaio di gradi Celsius,
si ammorbidiscono sensibilmente
e possono essere deformati in qualsiasi forma a piacere.
Una volta raffreddatisi,
riguadagnano la loro resistenza.
Da dove vengono tutte queste fantistiche proprietà?
In sostanza, dipendono dalla unicità della struttura atomica del vetro metallo
La maggior parte dei metalli solidi è composta di cristalli.
Se si potessero osservare da vicino i singoli atomi di questi,
essi sarebbero perfettamente allineati in uno schema ordinato e ripetitivo
che si estende per tutto il materiale.
Il ghiaccio è composto da cristalli,
e così come i diamanti
e il sale.
Se si riscaldano questi materiali
tanto da fonderli
gli atomi oscillano liberamente
e si muovono a caso,
ma quando si raffreddano,
gli atomi si riorganizzano,
ricostituendo il cristallo.
Che accadrebbe se si potesse raffreddare un metallo fuso così velocemente
da impedire agli atomi di ritornare nella stessa posizione
così che il materiale sia solido
ma con la caotica e amorfa struttura interna di un liquido?
Il vetro metallico è questo.
Questa struttura ha il vantaggio di non avere i "bordi di grano"
che molti metalli possiedono.
Questi sono punti deboli che rendono i metalli suscettibile a graffi
o corrosione.
Il primo vetro metallico venne creato nel 1960 unendo oro e silicone.
Non fu facile crearlo.
Poiché gli atomi dei metalli cristallizzano rapidamente,
gli scienziati dovettero raffreddare la lega ancora più velocemente,
un milione di gradi Kelvin al secondo,
bombardandola con minuscole goccioline di rivestimento di rame freddo,
o centrifugando nastri ultrasottili.
All'epoca, i vetri metallici erano spessi solo decine o centinaia di micron,
insufficienti per qualsiasi tipo di applicazione.
Ma da allora, gli scienziati hanno intuito
che se si combinano metalli che si mescolano tra loro liberamente,
ma che non cristallizzano insieme facilmente,
solitamente per la differente grandezza degli atomi,
il miscuglio cristallizza molto più lentamente.
Perciò non c'è bisogno di raffreddarlo così velocemente
e il metallo può essere più spesso,
di centimetri, invece che micrometri.
Questi materiali sono chiamati "bulk metallic glasses", o BMGs.
Ora che esistono centinaia di differenti BMG,
perché i nostri ponti e le auto non sono di questo metallo?
Molti dei BMGs disponibili al momento contengono metalli costosi,
come il palladio e lo zirconio,
e devono essere totalmente puri
perché qualsiasi impurità può provocarne la cristallizzazione.
Un grattacielo o uno shuttle di BMG costerebbe cifre astronomiche
E nonostante la loro durezza,
non sono ancora abbastanza resistenti da essere usati in applicazioni portanti.
Sottoposti a molte sollecitazioni, possono rompersi all'improvviso,
il che non è l'ideale per un ponte, per esempio.
Ma quando gli ingegneri capiranno come produrre BMG da metalli più economici
e come renderli più resistenti,
per l'impiego di questi super materiali non ci saranno limiti .