Fibre di carbonio super resistenti ed a basso costo? Ecco come

Negli ultimi 50 anni, i produttori hanno considerato la fibra di carbonio un materiale incredibile: sebbene infatti le singole fibre siano più sottili di una ciocca di capelli, possono essere attorcigliate e fuse con un materiale matrice per formare un composito leggero che è più resistente dell'acciaio, ed anche un buon conduttore di calore.

Inoltre, a differenza dei normali metalli è un materiale che non si usura nel tempo. Grazie a queste sue straordinarie proprietà è stato utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui aerei e veicoli spaziali, automobili, edifici, dispositivi medici ed attrezzature sportive.

Sembrerebbe il "Sacro Graal" dei materiali, eppure non è così. La fibra di carbonio ha infatti un grosso svantaggio; a temperature estreme, che ad esempio quelle che si incontrano abitualmente nell'industria aerospaziale, la fibra di carbonio si ossida, il che significa che brucia reagendo con l'ossigeno nell'aria, proprio come fa il legno se combinato con abbastanza calore e O2.

Husker Yongfeng Lu, ingegnere ed esperto di materiali in carbonio, ha affermato che tale ossidazione diminuisce rapidamente le qualità oniriche della fibra, in particolare la sua forza e la sua resistenza: "Se potessimo renderli non infiammabili, in modo che non brucino quando esposti alle alte temperature, sarebbe grandioso".

Per questo motivo, in un recente articolo pubblicato su PNAS, il team del prof. Lu ha riportato un passo importante verso tale obiettivo. Lui ed i colleghi, dell'Università del Nebraska-Lincoln e dell'Istituto di Chimica della Materia Condensata di Bordeaux in Francia, hanno infatti sviluppato un metodo a basso costo per proteggere la fibra di carbonio dall'ossidazione; un approccio significativamente migliore rispetto ad altri processi antiossidanti che sono laboriosi, lenti e costosi.

"Stiamo cercando di aggiungere strati superficiali in grado di separare le fibre di carbonio dall'ossigeno in modo che anche a temperature elevate non vengano bruciate" ha affermato il prof. Lu. "Le fibre di carbonio possono essere utilizzate in molti modi, intrecciate nei tessuti e in parti di edifici, aeroplani, apparecchiature elettroniche, ma se sono infiammabili, ciò rappresenta un rischio per il sistema e ne limita molto le applicazioni".

Per fare ciò, il team ha ideato un semplice processo, in un unico passaggio, che inizia con la fusione di un sale che è chimicamente molto simile al sale da cucina. Dopo che i cristalli di sale diventano liquidi, i ricercatori aggiungono polveri di titanio e cromo, capaci di resistere alle alte temperature. Le fibre di carbonio vengono quindi aggiunte alla miscela.

Dopo una reazione spontanea, il processo produce un rivestimento a tre strati, costituito da carburo di cromo e carburo di titanio, che fungono da barriera contro l'ossidazione. Il rivestimento è multistrato poiché entrambi gli elementi hanno ciascuno comportamenti e velocità di reazione diversi all'interno del sale fuso, portando quindi a tre strati distinti di prodotto finale, conferendo una protezione extra rispetto a uno singolo.

Ha concluso il prof. Lu che il processo è anche veloce e pulito, già pronto per un uso industriale diffuso.