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    I materiali nanocristallini a ridotto contenuto di ossigeno mostrano prestazioni migliorate

    Il ricercatore post-dottorato Peiman Shahbegi-Roodposhti e uno studente universitario in scienze dei materiali lavorano con un vano portaoggetti per produrre nanomateriali. Credito:Università del Connecticut

    I ricercatori dell'Università del Connecticut hanno scoperto che la riduzione dell'ossigeno in alcuni materiali nanocristallini può migliorarne la resistenza e la durata a temperature elevate, un miglioramento promettente che potrebbe portare a biosensori migliori, motori a reazione più veloci, e semiconduttori di maggiore capacità.

    "La stabilizzazione dei nanocristalli a temperature elevate è una sfida comune, "dice Peiman Shahbeigi-Roodposhti, uno studioso di ricerca post-dottorato con l'Institute of Materials Science di UConn e l'autore principale dello studio. "In alcune leghe, abbiamo scoperto che alti livelli di ossigeno possono portare a una significativa riduzione della loro efficienza".

    Utilizzando uno speciale processo di fresatura in un vano portaoggetti chiuso riempito con gas argon, scienziati UConn, lavorando in collaborazione con ricercatori della North Carolina State University, sono stati in grado di sintetizzare cristalli di dimensioni nanometriche di ferro-cromo e ferro-cromo-afnio con livelli di ossigeno fino allo 0,01%. Queste polveri di lega quasi prive di ossigeno sembravano essere molto più stabili delle loro controparti commerciali con un contenuto di ossigeno più elevato a temperature elevate e sotto elevati livelli di stress.

    "In questo studio, per la prima volta, sono stati sviluppati nanomateriali ottimali privi di ossigeno, "dice Sina Shahbazmohamadi, un assistente professore di ingegneria biomedica presso UConn e coautore del documento. "Varie tecniche di caratterizzazione, compresa la microscopia elettronica a trasmissione avanzata con correzione dell'aberrazione, ha rivelato un miglioramento significativo nella stabilità della granulometria a temperature elevate".

    La stabilità della dimensione del grano è importante per gli scienziati che cercano di sviluppare la prossima generazione di materiali avanzati. Come sottili maglie in una maglia intricata, i grani sono i piccoli solidi da cui sono fatti i metalli. Gli studi hanno dimostrato che i grani più piccoli sono migliori quando si tratta di produrre metalli più forti e più resistenti che sono meno inclini a rompersi, migliori conduttori di elettricità, e più durevole alle alte temperature e sotto stress estremo. I recenti progressi tecnologici hanno permesso agli scienziati dei materiali di sviluppare grani su una scala di soli 10 nanometri, che è decine di migliaia di volte più piccolo dello spessore di un foglio di carta o della larghezza di un capello umano. Tali nanocristalli possono essere visualizzati solo con microscopi estremamente potenti.

    Ma il processo non è perfetto. Quando alcuni nanograni vengono creati in blocco per applicazioni come i semiconduttori, la stabilità delle loro dimensioni può variare a temperature e sollecitazioni più elevate. È stato durante l'indagine su questa instabilità che Shahbeigi-Roodposhti e il team di ricerca dell'UConn hanno appreso il ruolo svolto dall'ossigeno nell'indebolire la stabilità dei nanocristalli alle alte temperature.

    Gli scienziati dell'UConn e della North Carolina State University hanno scoperto che la riduzione del contenuto di ossigeno in alcuni materiali nanocristallini può migliorare la stabilità della granulometria a temperature elevate. Questo grafico mostra il modello di stabilità per i nanograni di ferro-cromo-afnio con ossigeno (rappresentato da triangoli rossi) e senza ossigeno (rappresentato da quadrati neri) all'aumentare della temperatura rispetto alla previsione termodinamica. Attestazione:Peiman Shahbeigi-Roodposhti

    "Questo è solo un primo passo, ma questa linea di indagine potrebbe alla fine portare allo sviluppo di motori a reazione più veloci, maggiore capacità nei semiconduttori, e più sensibilità nei biosensori, " dice Shahbeigi-Roodposhti.

    Andando avanti, i ricercatori dell'UConn intendono testare la loro teoria su altre leghe per vedere se la presenza o l'assenza di ossigeno influisce sulle loro prestazioni a temperature elevate.

    Lo studio, "Effetto del contenuto di ossigeno sulla stabilità termica della granulometria per polveri di leghe nanocristalline Fe10Cr e Fe14Cr4Hf, " che è stato sostenuto da finanziamenti del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, attualmente appare online nel Giornale di leghe e composti .


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