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Proteus: il primo materiale non tagliabile

SCIENZECHIMICAProteus: il primo materiale non tagliabile

La caduta libera del pompelmo da 10 m non danneggia la polpa, il I pesci Arapaimas che vivono in Amazzonia resistono all'attacco dei denti triangolari dei piranha, Le conchiglie della creatura marina abalone sono dure e resistenti alla frattura, ……….

Nei casi di cui sopra, la natura utilizza strutture gerarchiche per fornire protezione contro carichi estremi.  

Ispirati da questi esempi di creature viventi che utilizzano strutture gerarchiche per la protezione, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo "materiale architettonico" chiamato Proteus (dopo il dio mitico che cambia forma) che ha proprietà simili.

Proteus, il nuovo materiale leggero (solo il 15% della densità dell'acciaio) è altamente deformabile e ultraresistente ai carichi puntuali dinamici, quindi è non tagliabile da una smerigliatrice angolare e un trapano elettrico.  

È una schiuma metallica composta da sfere di ceramica di allumina racchiuse in un alluminio cellulare. Questa nuova struttura metallo-ceramica, gerarchica, è suscettibile di vibrazioni interne sotto carichi localizzati. Queste oscillazioni sono progettate per verificarsi quando un utensile da taglio rotante incontra una sfera di ceramica sul suo percorso. Il contatto con il segmento ceramico produce un carico localizzato sul bordo di un disco rotante, che porta a vibrazioni ad alta frequenza fuori dal piano. 

Quando viene tagliato con una smerigliatrice angolare o un trapano, la connessione vibrazionale ad incastro creata dalle sfere di ceramica all'interno dell'involucro smussa il disco da taglio o la punta del trapano. La ceramica si frammenta anche in particelle fini, che riempiono la struttura cellulare del materiale e si induriscono all'aumentare della velocità dell'utensile da taglio.

Proteus sembra avere applicazioni industriali nella produzione di lucchetti per biciclette, armature leggere e dispositivi di protezione per i professionisti che lavorano con utensili da taglio.

***

Fonte:  

Szyniszewski, S., Vogel, R., Bittner, F. et al. Materiale non tagliabile creato attraverso la risonanza locale e gli effetti della velocità di deformazione. Pubblicato: 20 luglio 2020. Scientific Reports 10, 11539 (2020). DOI:  https://doi.org/10.1038/s41598-020-65976-0  

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