Introduzione alle nanostrutture ad alta entropia
Un gruppo di ricerca della Southern Methodist University (SMU) ha messo a punto una nuova famiglia di materiali 3D-stampabili, noti come nanonastrici di ossidi ad alta entropia (High-Entropy Oxide, HEO). Queste nanostrutture sono costituite da cinque o più elementi in proporzioni quasi equipartite, generando una configurazione atomica disordinata che conferisce al materiale proprietà meccaniche e termiche superiori rispetto alle leghe tradizionali.
Processo di sintesi e fabbricazione additive
Il metodo sviluppato prevede due fasi principali. Nella prima, un agente solforante crea fogli bidimensionali sottilissimi. Nella seconda, un trattamento di ossidazione trasforma quei fogli in nanonastrici unidimensionali, con dimensioni controllabili su ampia scala. Questa procedura, che può avvenire anche a temperatura ambiente, si adatta a tecniche di stampa 3D o a deposizione spray, riducendo i costi energetici rispetto ai processi convenzionali ad alta temperatura.
Struttura atomica e stabilità meccanica
Secondo Amin Salehi-Khojin, autore principale dello studio e docente di ingegneria meccanica alla SMU, la miscelazione omogenea di elementi come zirconio, cerio, titanio, magnesio e cromo produce “un reticolo altamente disordinato che ostacola la propagazione di fratture e slittamenti”. Questo disordine favorisce resistenza a compressione, durezza e capacità di sopportare sollecitazioni meccaniche estreme, caratteristiche utili in componenti soggetti a carichi elevati.
Resistenza a caldo e compatibilità chimica
I nanonastrici HEO mostrano integrità strutturale fino a 1.000 °C e mantengono stabilità anche sotto pressioni superiori a 12 GPa. Esperimenti in soluzioni acide e basiche hanno confermato l’assenza di degrado dopo esposizioni prolungate; un risultato che apre scenari di impiego in ambienti corrosivi. I test in situ, condotti con avanzate tecniche di spettroscopia e microscopia, hanno documentato la formazione graduale delle nanostrutture durante l’ossidazione controllata.
Collaborazione con UIC e prospettive applicative
Ilias Papailias, co-autore proveniente dalla University of Illinois Chicago (UIC), sottolinea come la standardizzazione di questo approccio faciliti l’implementazione in settori ad alta domanda di prestazioni: aerospaziale, energia e microelettronica. In ambito aeronautico, materiali capaci di resistere a cicli termici ripetuti offrono vantaggi in turbine e componenti propulsivi. Nel campo delle celle a combustibile e degli accumulatori, la tenuta a temperature elevate e agenti chimici aggressivi potrebbe migliorare efficienza e durata.
Prospettive per l’industria e linee di sviluppo
Le evidenze raccolte suggeriscono che la produzione di HEO nanonastrici mediante stampa 3D richiederà ulteriori ottimizzazioni sui parametri di deposizione—come velocità di estrusione, potenza laser e raffreddamento selettivo—per garantire uniformità di spessore e coerenza dimensionale. I ricercatori puntano ora a testare leghe con combinazioni di elementi diverse e a esplorare impieghi in sistemi di scambio termico e sensori ad alta precisione.
