Crio

I ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hanno utilizzato una tecnica chiamata crioforgiatura per manipolare il titanio puro su scala nanometrica a temperature ultra-basse per produrre titanio “nanotwinned” extra resistente senza sacrificare la duttilità.

"Questo studio è la prima volta che qualcuno produce una struttura nanogemellata pura in materiale sfuso", afferma Andrew Minor, responsabile del progetto dello studio e direttore del National Center for Electron presso la Molecular Foundry, una struttura per utenti di nanoscienze presso il Berkeley Lab. "Con il titanio nanogemellato, non dobbiamo più scegliere tra resistenza e duttilità, ma possiamo invece ottenerle entrambe."

Le proprietà meccaniche dei metalli dipendono in parte dai loro grani – le singole aree cristalline di schemi atomici ripetuti che formano la struttura interna del materiale. La riduzione della dimensione dei grani aumenta la resistenza del materiale, ma a scapito di altre qualità come la duttilità.

"La resistenza di un materiale è normalmente correlata alla dimensione dei grani interni: più piccoli sono, meglio è", afferma Minor, "ma l'elevata resistenza e la duttilità sono generalmente proprietà che si escludono a vicenda".

I nanogemelli sono una disposizione atomica in cui i confini della struttura cristallina si allineano simmetricamente come immagini speculari. Per creare il titanio nanogemellato, il gruppo di ricerca ha utilizzato la crioforgiatura.

La tecnica inizia con un cubo di titanio puro al 99,95%+ posto in azoto liquido a meno 321° F. Mentre il cubo è immerso, la compressione viene applicata a ciascun asse del cubo. In queste condizioni, la struttura del materiale inizia a formare confini nanogemelli. Il cubo viene successivamente riscaldato a 750° F per rimuovere eventuali difetti strutturali formatisi tra i confini gemelli.

I ricercatori hanno scoperto che il nanotwining raddoppiava la resistenza del metallo e ne aumentava la duttilità del 30% a temperatura ambiente. A temperature estremamente basse, il miglioramento è stato ancora più evidente: il titanio nanogemellato è stato in grado di raddoppiare la sua lunghezza prima di fratturarsi.