Lo spazio non è sempre un luogo freddo, per questo nei viaggi aerospaziali l’isolamento termico è essenziale, ma a patto che permetta anche un’ottima resistenza. Come quella individuata in questo particolare materiale, una specie di ceramica porosa che potrebbe garantire esplorazioni più approfondite per molti settori, oltre a quello aerospaziale.
Anche se dovrà comunque affrontare le sfide più insidiose, come quella dei viaggi ipersonici e nelle esplorazioni profonde nello spazio, dove le temperature e la pressione sono estreme. Ce la farà il nostro materiale, rispetto a quelli più tradizionali che già mostrano limitazioni?
Dall’università di Guangzhou il materiale ceramico per i viaggi del futuro
Come riporta Techxplore, un gruppo di scienziati cinesi, provenienti dalla Università di Guangzhou, ha fatto un significativo passo avanti sfruttando la tecnologia multiscala per sviluppare un materiale rivoluzionario.
Il materiale, descritto nel dettaglio in un articolo pubblicato sulla rivista Advanced Materials il 2 gennaio, ha ottenuto punteggi record nei test di resistenza e nelle sue proprietà di isolamento termico, aprendo nuove prospettive nell’aerospaziale, nell’ingegneria chimica e nel settore dell’energia.
Come segnala uno degli autori, la ceramica mostra un’eccezionale conservazione delle dimensioni e della resistenza fino a 2.000 gradi Celsius. Non a caso, questa innovativa ceramica, dal nome “9PHEB” (diboruro poroso ad alta entropia a 9 cationi) è ottenuta attraverso una sintesi ultraveloce ad alta temperatura.
Come riporta anche Scenari Economici, il 9PHEB ha circa il 50% di porosità, ma la sua resistenza alla compressione a temperatura ambiente è di circa 337 MPa, più forte delle ceramiche porose odierne.
Inoltre ha ottenuto buoni risultati nei test di isolamento e stabilità termica, mantenendo il 98,5% della sua resistenza a 1.500 gradi Celsius. E una deformazione plastica a 2.000 gradi Celsius. Una volta deformato ad alte temperature, ha subìto una deformazione del 49%, che ne ha aumentato la resistenza a 690 MPa, più del doppio della resistenza iniziale.
La ceramica nel settore aerospaziale
I materiali ceramici sono già considerati promettenti per la loro bassa conduttività termica, il loro punto di fusione elevato e la resistenza alla corrosione, oltre a essere non combustibili. Tuttavia, nei viaggi ipersonici e nelle esplorazioni profonde nello spazio, dove le temperature e le pressioni sono estreme, i materiali ceramici tradizionali mostrano limitazioni.
I ricercatori hanno affrontato questa sfida adottando il concetto di design ad alta entropia. Questo approccio si concentra sull’utilizzo di misure uguali di più elementi per creare componenti più forti, più resistenti al calore e più stabili.
Il risultato è appunto questa ceramica porosa, che soddisfa severi criteri di isolamento e peso per le applicazioni nel volo aerospaziale. Riporta Techxplore, questo nuovo materiale offre “stabilità termica eccezionale” e “resistenza alla compressione ultraelevata“, aprendo nuove prospettive per l’isolamento termico affidabile in condizioni estreme.
Il paper sottolinea inoltre che le interfacce di alta qualità contribuiscono a un rapido trasferimento della forza lungo il blocco costitutivo, migliorando significativamente la resistenza meccanica. Questo è cruciale per prevenire incidenti aerospaziali dovuti a temperature elevate e stress, come accadde in merito al Challenger del 1986, uno degli episodi più neri del settore aerospaziale.
In quell’evento, gli O-ring di gomma, che formavano un sigillo tra i razzi, persero loro flessibilità perché dovevano essere utilizzati solo a temperature superiori a 53 gradi. Il Challenger venne lanciato, tuttavia, con temperature che scendevano fino a 36 gradi. Gli O-ring persero la loro elasticità, cedettero e fuoriuscirono gas esplosivi che portarono alla catastrofica esplosione che uccise tutti e sette gli astronauti.
Se però vuoi saperne di più su questo materiale, ti consigliamo la lettura completa del paper pubblicato su Advanced Materials:
- Zihao Wen et al, Ultrastrong and High Thermal Insizing Porous High-Entropy Ceramics up to 2000 °C, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202311870
