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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Un team guidato da ricercatori della UCLA Henry Samueli School di Ingegneria e Scienze Applicate ha creato un metallo strutturale super-forte ma leggero con un forza specifica eccezionalmente resistente in termini assoluti. Il nuovo metallo è composto da magnesio infuso in maniera densa e omogenea con nanoparticelle ceramiche di carburo di silicio. Potrebbe essere utilizzato per creare aeroplani, moduli spaziali e auto più leggere – aiutando a migliorare l’efficienza energetica di questi mezzi – come anche nell’industria dell’elettronica portatile e dei dispositivi biomedici.

Per creare questo metallo super-forte ma leggero, la squadra ha trovato un nuovo modo per disperdere e stabilizzare nanoparticelle all’interno del metallo fuso. Hanno anche sviluppato un metodo di manifattura scalabile che potrebbe aprire la strada per altri metalli superleggeri con caratteristiche simili. La ricerca è stata pubblicata su Nature.

“E’ stato ipotizzato che le nanoparticelle potrebbero realmente rafforzare la resistenza dei metalli senza danneggiarne la plasticità, specialmente metalli leggeri come il magnesio, ma nessun gruppo è mai stato in grado di disperdere nanoparticelle ceramiche in metalli fusi fino ad ora”

ha affermato Xiaochun Li, il principale indagatore sulla ricerca con cattedra Raytheon in Ingegneria Manifatturiera all’UCLA.

“Con una infusione di processi fisici e materiali, il nostro metodo apre un nuovo mondo riguardante il miglioramento delle caratteristiche dei metalli per superare le sfide della società moderna nel campo dell’energia e della sostenibilità.”

 

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Sulla sinistra, un campione deformato del metallo puro; sulla destra, il nuovo e resistente metallo composto da magnesio e nanoparticelle di carburo di silicio. Ogni micro-colonna ha un diametro di circa 4 micrometri. Credit: UCLA Scifacturing Laboratory

 

I metalli strutturali sono metalli portanti; essi vengono utilizzati negli edifici e nei veicoli. Il magnesio, con due terzi della densità rispetto all’alluminio, è il più leggero metallo strutturale. Il carburo di silicio è una ceramica ultra-resistente comunemente utilizzata nelle lame da taglio industriali. La tecnica dei ricercatori che infonde un grande numero di particelle di carburo di silicio più piccole di 100 nanometri nel magnesio aggiunge una quantità significante di resistenza, rigidità, plasticità e durabilità ad alte temperature.

Il nuovo magnesio infuso con carburo di silicio dei ricercatori ha dimostrato livelli record di resistenza specifica – ovvero quanto peso un materiale può sopportare prima di rompersi – e modulus – la rigidità del materiale in rapporto al suo peso. ha inoltre dimostrato una stabilità superiore ad alte temperature.

Le particelle di ceramica sono a lungo state considerate potenzialmente in grado di migliorare i metalli. L’inconveniente con particelle di ceramica su microscala stava nel processo d’infusione causava una perdita di plasticità.

Le particelle su nanoscala, al contrario, possono migliorare la resistenza mantenendo e addirittura migliorando la plasticità dei metalli. Il nuovo problema consisteva nel fatto che le particelle di ceramica tendevano a raggrupparsi insieme piuttosto che a distribuirsi omogeneamente a causa della tendenza delle piccole particelle nell’attrarsi l’una con l’altra.

Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno disperso le perticelle in una lega di magnesio e zinco. La scoperta di questa nuova dispersione nanoparticellare fà affidamento sull’energia cinetica del movimento delle particelle. Questa le stabilizza e ne previene l’aggregazione.

Per migliorare ulteriormente la forza del materiale, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata torsione ad alta pressione per comprimerlo.

“I risultati che abbiamo ottenuto fino ad ora sono semplicemente stati ottenuti graffiando la superficie del tesoro nascosto di una nuova classe di metalli con proprietà e funzionalità rivoluzionarie,” ha affermato Li.

Il nuovo metallo (più accuratamente chiamato metallo nanocomposto) è composta dal 14% circa di nanoparticelle di carburo di silicio e dall’86% di magnesio. I ricercatori hanno fatto notare che il magnesio è una risorsa abbondante e che il suo utilizzo su scala maggiore non causerà danni all’ambiente.

Fonte: http://phys.org/

 

 

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Dei ricercatori hanno identificato fattori chiave necessari allo sviluppo di un catalizzatore che permetterà loro di replicare la fotosintesi e convertire l’anidride carbonica in carburante pulito.

leafMolti scienziati hanno speso decenni nel tentativo di replicare il processo della fotosintesi – quella reazione che permette alle piante di convertire il biossido di carbonio, acqua e luce solare nello zucchero che alimenta la loro crescita. Se riuscissimo a replicare una “fotosintesi artificiale”, saremmo essenzialmente in grado di creare in maniera facile ed economica biofuel dall’eccesso di anidride carbonica presente nella nostra atmosfera. E’ stato provato però come questo risulti un traguardo estremamente difficile da raggiungere.

Biparticelle metalliche di oro/rame usate come catalizzatore nella degradazione del biossido di carbonio, una reazione chiave necessaria alla fotosintesi artificiale

Biparticelle metalliche di oro/rame usate come catalizzatore nella degradazione del biossido di carbonio, una reazione chiave necessaria alla fotosintesi artificiale

Ora, scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti hanno raggiunto un importante traguardo, identificando due fattori chiave che dovranno essere considerati nella creazione di un catalizzatore che riduca il biossido di carbonio e aiuti a guidare la sua conversione in zucchero.

Un catalizzatore è essenzialmente una sostanza che velocizza una reazione senza subire nessuna variazione chimica di per sè. Fino ad ora, la ricerca di questo catalizzatore che possa legare selezionatamente ed efficientemente il bioossido di carbonio e le molecole che lo trasformano si è dimostrata estremamente ardua. Per cercar di scoprire di più riguardo i fattori che potrebbero influenzare questo catalizzatore “ideale” il team di ricerca ha creato diversi set di leghe di nanoparticelle bimetalliche di oro-rame.

Queste leghe, tutte con differenti composizioni, sono state testate per cercare di capire quale fosse la più efficace nel degradare il biossido di carbonio e i suoi prodotti intermedi come l’acido carbossilico e il monossido di carbonio.

Quel che hanno scoperto è l’esistenza di due fattori chiave, interconnessi e coinvolti nel determinare l’efficacia di un catalizzatore: gli effetti elettronico e geometrico. L’effetto elettronico si riferisce ai sottili cambiamenti nella composizione superficiale che determinano quanto bene una molecola si legherà al catalizzatore, mentre l’effetto geometrico coinvolge la disposizione degli atomi nel punto di lega.

L'esperto di nanoscienze Peidong Yang possiede una cattedra al "Berkeley Lab, UC Berkeley and the Kavli Energy NanoSciences Institute" di Berkeley

L’esperto di nanoscienze Peidong Yang possiede una cattedra al “Berkeley Lab, UC Berkeley and the Kavli Energy NanoSciences Institute” di Berkeley

“Agendo sinergisticamente, gli effetti elettronico e geometrico determinano la forza legante della reazione intermediatrice e conseguentemente la selettività ed efficienza catalitica nella riduzione elettrochimica del biossido di carbonio.” ha affermato in un rilascio alla stampa Peidong Yang, il chimico che ha guidato lo studio. “In futuro, il design di un buon catalizzatore dotato di una buona attività e selettività per la riduzione del biossido di carbonio richiederà l’attento bilanciamento di questi due effetti, come ha rilevato il nostro studio.”

Usando queste informazioni, possono ora cominciare a creare un catalizzatore che li aiuterà a trasformare il sogno della fotosintesi artificiale in realtà.

Il team crede che le nanoparticelle possano creare il catalizzatore ideale per via dei loro vantaggiosi rapporti superficie/volume e superficie/massa; combinandoli insieme potranno sbloccare potenziali ancor più grandi.

“Con queste leghe, crediamo di poter regolare la forza degli intermediatori sulla superficie del catalizzatore per potenziare l’efficacia della reazione che ci permetterà di ridurre il biossido di carbonio.” ha detto Yang.

“Le nanoparticelle costituiscono una piattaforma ideale per lo studio di questa dinamica perchè, tramite appropriati processi di sintesi, possiamo avere accesso ad una grande varietà di composizioni, dimensioni e forme, donandoci una comprensione più profonda della performance di un catalizzatore tramite un preciso controllo dei siti attivi.”

Utilizzando i benefici delle nanoparticelle combinate con la scoperta dei fattori chiave che determinano l’efficacia di un catalizzatore, Yang crede che la strada per miglioramenti verso l’ottenimento di una fotosintesi artificiale sia ormai stata tracciata.

Fonte: nature.com

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Traduzione a cura di Daniel Iversen

E’ ora possibile stampare oggetti 3D altamente dettagliati usando la litografia bi-fotonica e questo a velocità superiori rispetto a dispositivi simili, grazie alla svolta di alcuni ricercatori della Vienna University of Techology (TU Vienna).

Il processo di stampa 3D utilizza una resina liquida, che viene indurita nei punti esatti mediante un fascio laser focalizzato, guidato da specchi mobili lasciandosi dietro una linea indurita di polimero solido con uno spessore di poche centinaia di nanometri.

Questa ottima risoluzione consente la creazione di sculture con strutture intricate, grandi come un granello di sabbia. “Fino ad ora questa tecnica era molto lenta” dice il professor Jurgen Stampfl dell’ Institute of Material Science and Techology al TU di Vienna.
“La velocità di stampa è sempre stata misurata in millimetri per secondo, ora il nostro dispositivo può fare cinque metri in un secondo”. Nella litografia bi-fotonica questo è un record mondiale

Tale progresso è stato possibile  grazie alla combinazione di svariate nuove idee.

“E’ stato cruciale il miglioramento del meccanismo di sterzo degli specchi” dice Jan Torgersen (TU Vienna). Gli specchi sono continuamente in movimento durante il processo di stampa e i periodi di accelerazione e decelerazione devono essere regolati con grande precisione per ottenere risultati ad alta risoluzione a questo record di velocità.

Stampa più veloce anche per oggetti grandi

“Questa resina contiene molecole che vengono attivate dal raggio laser. Inducono una reazione a catena in altri componenti della resina, i monomeri, e li trasforma in solidi” dice Torgersen. Queste molecole iniziatrici si attivano solo quando assorbono dal fascio laser due fotoni alla volta, e questo accade solo nel centro di esso, dove l’intensità è maggiore.

Contrariamente alle tecniche convenzionali di stampa 3D, il materiale solido può essere creato ovunque all’interno della resina liquida piuttosto che solamente in cima allo strato creato precedentemente. Per questo la superficie di lavoro non deve essere preparata in modo particolare prima che possa essere prodotto lo strato successivo (guardate il video), il ché permette di risparmiare molto tempo.

A causa del notevole incremento di velocità possono essere stampati oggetti molto più grandi in un dato periodo di tempo. Questo fa della litografia bi-fotonica una tecnica interessante per l’industria.

Al TU Vienna gli scienziati stanno ora sviluppando resine biocompatibili per applicazioni mediche, le quali possono essere usate per creare ponteggi per la crescita di cellule viventi, facilitandole alla creazione sistematica di tessuti biologici. La stampante 3D potrebbe anche essere usata per creare parti costruite su misura per tecnologia o nanotecnologia biomedica.

Fonte: Kurzweil Accelerating Intelligence

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