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Jul 12, 2023

Tecnologia trimestrale

Technology Quarterly New materials for manufacturing Material

Tecnologia trimestrale

Nuovi materiali per la produzione

Differenza materiale

La scienza dei materiali sta rapidamente trasformando il modo in cui viene prodotto tutto, dalle automobili alle lampadine, afferma Paul Markillie

"Non dipendo affatto dalle cifre", ha detto Thomas Edison. "Provo un esperimento e ragiono sul risultato, in qualche modo, con metodi che non so spiegare." Fu così che testando 1.600 materiali diversi, dalla fibra di cocco alla lenza e perfino un capello della barba di un collega, Edison trovò finalmente un particolare tipo di bambù che poteva essere utilizzato, in forma carbonizzata, come filamento nel primo vero e proprio bambù. lampadina incandescente. Lo dimostrò la notte di Capodanno del 1879 nel suo laboratorio a Menlo Park, nel New Jersey.

I dettagli di tutti questi scrupolosi tentativi ed errori riempirono più di 40.000 pagine dei taccuini di Edison, ma la sua soluzione fu presto superata. All'inizio del XX secolo i filamenti venivano realizzati in tungsteno, che bruciava più luminoso e durava più a lungo. Per oltre 100 anni il mondo è stato illuminato da lampadine con filamenti di tungsteno, e la lampadina è diventata il simbolo fisso del fumettista per ogni tipo di innovazione.

Ora le lampadine vengono sostituite da diodi emettitori di luce (LED), che sono più efficienti nel trasformare l’elettricità in luce rispetto ai filamenti e hanno una durata molto più lunga. I LED sono apparsi per la prima volta negli anni '60 come indicatori luminosi sulle apparecchiature elettriche. Oggi forniscono un'illuminazione potente per edifici, strade e automobili. Nelle parti povere del mondo stanno portando la luce a persone che non hanno mai visto una lampadina vecchio stile.

Sia la lampadina di Edison che il LED sono invenzioni della scienza dei materiali, il processo di trasformazione della materia in forme nuove e utili. Ma negli anni tra loro sia i materiali che la scienza divennero molto più complessi. I materiali semiconduttori, come il germanio o il silicio, da cui sono realizzati i LED, spesso con l'attenta aggiunta di atomi di qualche altra sostanza, richiedono un approccio diverso da quello di Menlo Park. Il tipo di luce che producono è messo a punto dalle strutture microscopiche e dai dettagli di quegli atomi extra. Con buona pace di Edison, questo genere di cose dipende da moltissimi numeri, per non parlare della teoria quantistica.

La capacità di comprendere le proprietà dei materiali su scala più piccola non solo consente alle persone di fare meglio le cose vecchie; permette loro di fare cose nuove. Ai tempi di Edison, l'uso della luce per inviare messaggi era compito delle lampade Aldis, che trasmettevano messaggi in codice Morse da una nave all'altra. I diodi laser, dispositivi a semiconduttore progettati per produrre una luce molto più pura rispetto ai LED, possono accendersi e spegnersi in modo controllato miliardi di volte al secondo. In un numero sorprendente di applicazioni in cui le informazioni devono andare da A a B (che si tratti di punti finali come un DVD e un altoparlante, un codice a barre e la cassa di un supermercato o le due estremità di un cavo in fibra ottica transatlantico), i diodi laser stanno facendo la differenza. lavoro. Nonostante tutta la sua apparente astrazione, il mondo virtuale è costruito su materiali molto reali e molto ben compresi.

Questa è quella che alcuni scienziati descrivono come una "età dell'oro" per i materiali. Stanno emergendo nuove sostanze ad alte prestazioni come leghe esotiche e compositi super resistenti; I materiali "intelligenti" possono ricordare la loro forma, ripararsi o assemblarsi in componenti. Piccole strutture che modificano il modo in cui qualcosa risponde alla luce o al suono possono essere utilizzate per trasformare un materiale in un "metamateriale" con proprietà molto diverse. I sostenitori della nanotecnologia parlano di costruire cose atomo per atomo. Il risultato è un’ondata di nuove sostanze e nuove idee su come utilizzarle per migliorare le cose vecchie e nuove cose mai realizzate prima.

I dipartimenti universitari di materiali stanno fiorendo, generando una vivace cultura imprenditoriale e producendo una serie di innovazioni (vedi riquadro sotto). Molte di queste scoperte non riusciranno a passare dalla dimostrazione di laboratorio alla proposta commerciale. Ma alcuni potrebbero cambiare il mondo, come hanno fatto le lampadine.