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Aug 14, 2023

La “svolta” cinese consente di produrre leghe con metalli diversi a temperature più basse

ktsimage/iStock Iscrivendoti, accetti i nostri Termini di utilizzo e le nostre Politiche. Puoi annullare l'iscrizione in qualsiasi momento. Ricercatori del College of Chemistry and Molecular Sciences dell’Università di Wuhan in Cina

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I ricercatori del College of Chemistry and Molecular Sciences dell’Università di Wuhan in Cina hanno raggiunto una significativa “svolta” nella scienza dei materiali che consente di produrre leghe da una vasta gamma di metalli e a temperature molto più basse rispetto ai metodi convenzionali, secondo il South China Morning Post. riportato. La svolta non comporta altro che l’aggiunta del gallio metallico alla miscela.

Sin dall’età del bronzo, le leghe hanno contribuito al progresso della nostra civiltà. Le moderne applicazioni delle leghe implicano la creazione e la produzione di leghe ad alta entropia (HEA) composte da cinque o più elementi metallici.

Gli HEA sono altamente resistenti all'usura e hanno trovato applicazioni in settori quali l'aerospaziale, la conversione e lo stoccaggio dell'energia e le apparecchiature medicinali. Tuttavia, la creazione di HEA è un processo ad alta intensità energetica che richiede temperature fino a 3.632 Fahrenheit (2.000 gradi Celsius). Tuttavia, ciò non garantisce la loro formazione poiché gli atomi metallici possono essere altamente incompatibili.

I metodi convenzionali per produrre gli HEA prevedono il riscaldamento degli elementi componenti a temperature di circa 3.000 Fahrenheit e il successivo raffreddamento rapido prima di mescolarli. Tuttavia, l’approccio non funziona sempre poiché i cinque elementi possono non essere d’accordo tra loro e dividere la lega, proprio come un gruppo di cinque persone con natura e personalità diverse.

Un gruppo di ricerca guidato da Fu Lei, professore dell’Università di Wuhan, ha scoperto che l’aggiunta di gallio alla miscela di leghe può ridurre le temperature di preparazione fino a 1.200 Fahrenheit (650 gradi Celsius).

Il gallio ha una temperatura di fusione di soli 85 Fahrenheit (~ 30 gradi Celsius). Ciò significa che il metallo si scioglierà semplicemente se tenuto nel palmo della mano. Tuttavia, i ricercatori lo hanno utilizzato come mezzo di reazione e adesivo in una preparazione di lega e hanno riscontrato risultati entusiasmanti.

Il mondo scientifico conosce il gallio da secoli e la sua capacità di ritornare alla sua forma originale ha persino ispirato la fantascienza sul metallo liquido autorigenerante in film come Terminator. Tuttavia, la scoperta fatta da Fu e dal suo team era troppo bella per crederci.

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In realtà, la scoperta è stata fatta due anni fa ma non è stata pubblicizzata poiché non è stato possibile completare una revisione scientifica tra pari. Persino i revisori di riviste come Nature trovarono la scoperta incredibile e volevano vedere ulteriori prove del processo prima di accettare il manoscritto.

Il team ha poi condotto ulteriori esperimenti e calcoli per favorire una spiegazione più rigorosa del meccanismo sottostante. Hanno inoltre scoperto che le leghe realizzate utilizzando questo approccio non erano diverse da quelle realizzate utilizzando metodi convenzionali.

I ricercatori ora spiegano che il riscaldamento di metalli compatibili con il gallio provoca la crescita spontanea di nanoparticelle cristalline di HEA. Sono stati anche in grado di sintetizzare leghe con una vasta gamma di metalli che gli approcci convenzionali non riuscivano a ottenere.

Questa non è la prima volta che i ricercatori cinesi sono i primi a far avanzare la scienza dei materiali. Recentemente, un altro gruppo di ricercatori dell’Università di Tsinghua ha dimostrato un rivestimento di metallo liquido che un giorno potrebbe essere utilizzato per i robot morbidi.

Le nanoparticelle di leghe ad alta entropia (HEA-NP) mostrano un grande potenziale come materiali funzionali1,2,3. Tuttavia, finora, le leghe ad alta entropia realizzate sono state limitate a tavolozze di elementi simili, il che ostacola notevolmente la progettazione del materiale, l'ottimizzazione delle proprietà e l'esplorazione meccanicistica per diverse applicazioni4,5. Qui, abbiamo scoperto che il metallo liquido che fornisce un'entalpia di miscelazione negativa con altri elementi potrebbe fornire una condizione termodinamica stabile e agire come un desiderabile serbatoio di miscelazione dinamica, realizzando così la sintesi di HEA-NP con una vasta gamma di elementi metallici in condizioni di reazione blande. Gli elementi coinvolti hanno un'ampia gamma di raggi atomici (1,24–1,97 Å) e punti di fusione (303–3.683 K). Abbiamo anche realizzato le strutture fabbricate con precisione delle nanoparticelle tramite la regolazione dell'entalpia di miscelazione. Inoltre, il processo di conversione in tempo reale (ovvero dal metallo liquido alle HEA-NP cristalline) viene catturato in situ, il che ha confermato un comportamento dinamico di fissione-fusione durante il processo di lega.