Cos'è il vetro metallico? - Ashwini Bharathula

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/what-is-metallic-glass-ashwini-bharathula

Acciaio e plastica sono essenziali per molte infrastrutture e tecnologie. L'acciaio è resistente e duro, ma difficile da plasmare in forme complesse. La plastica, invece, può assumere qualsiasi forma, ma è fragile e morbida. Non sarebbe fantastico se esistesse un materiale che fosse resistente come l'acciaio e malleabile come la plastica? Ashwini Bharathula ci parla del futuro del vetro metallico.

Lezione di Ashwini Bharathula, animazione di Tinmouse Animation Studio.

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 .