L'ingegneria a livello atomico consente di creare nuove leghe che non si spezzeranno a basse temperature estreme.

12 settembre 2025 rapporto

di Paul Arnold, Phys.org

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modificato da Lisa Lock, revisionato da Robert Egan

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Navigare il freddo estremo dello spazio profondo o gestire carburanti liquidi super raffreddati qui sulla Terra richiede materiali che non si spezzino. La maggior parte dei metalli diventa fragili e si frattura a temperature così basse. Tuttavia, nuove ricerche stanno aprendo la strada a un approccio per costruire strutture metalliche atomo per atomo per creare leghe robuste e durevoli in grado di resistere a tali ambienti ostili.

Gli approcci tradizionali di rafforzamento spesso non sono sufficienti per queste applicazioni. Ad esempio, una tecnica comune di trattamento termico chiamata rinvenimento rafforza i metalli creando piccole particelle dure all'interno della loro struttura. Ma a temperature estreme, i materiali possono perdere la loro duttilità (la capacità di piegarsi, allungarsi o essere tirati in una nuova forma senza rompersi) e fratturarsi improvvisamente.

Uno studio pubblicato sulla rivista Nature descrive un nuovo modo di progettare leghe metalliche in modo che rimangano forti e dure anche a temperature super basse. L'idea principale è creare una lega con due diversi tipi di strutture atomiche perfettamente disposte all'interno. Queste strutture sono chiamate ordinamenti subnanoscala a corto raggio (SRO), che sono piccole isole di atomi organizzati e ordinamenti nano scala a lungo raggio (NLRO), che sono leggermente più grandi.

I ricercatori hanno creato la loro lega con un processo controllato di trattamento termico e formatura meccanica, che ha causato un auto-assemblaggio delle strutture atomiche. In altre parole, gli scienziati hanno creato le condizioni affinché gli atomi si disponessero nella struttura desiderata.

Il risultato è stata una nuova lega di cobalto-nichel-vanadio straordinariamente resistente e robusta a temperature fino a -186°C (87 K). È stata testata nel laboratorio, venendo tirata ed allungata a temperature estremamente basse per verificare quanto stress potesse sopportare.

“I nostri risultati mettono in evidenza l'impatto dell'ordinamento chimico in coesistenza doppia sulle proprietà meccaniche delle leghe complesse e offrono linee guida per controllare questi stati di ordinamento per migliorarne le prestazioni meccaniche per applicazioni criogeniche,” ha scritto Shan-Tung Tu, uno degli autori dello studio.

Grazie alla sua eccezionale resistenza e durata, specialmente in condizioni di freddo estremo, la lega potrebbe avere numerose applicazioni pratiche. Nell'esplorazione spaziale, potrebbe essere utilizzata per costruire navicelle spaziali più durevoli in grado di resistere alle temperature estremamente basse dello spazio profondo. Per il settore dell'energia, la lega potrebbe creare infrastrutture più sicure e affidabili, come tubi e serbatoi per il gas naturale liquefatto.

I ricercatori credono anche che il loro approccio di ingegneria a livello atomico potrebbe essere applicato ad altri tipi di leghe. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di una nuova generazione di materiali in grado di resistere alle più rigide condizioni di freddo senza compromettere le prestazioni o la sicurezza.

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Maggiori informazioni: Tiwen Lu et al, Ordinamento chimico dual-scala per proprietà criogeniche nelle leghe a base di CoNiV, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Progettare una microstruttura di lega atomo per atomo per resistere al freddo estremo, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-02864-5

Informazioni sulla rivista: Nature

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