I nichel sono onnipresenti nella vita americana, rotolando nelle tasche, rotolando sotto i sedili delle auto, ed emergere dal retro degli essiccatoi per essere riutilizzato più e più volte per innumerevoli acquisti. Ma anche queste monete resistenti e dall'aspetto un po' umili stanno diventando costose da produrre. Nichel, l'omonimo della moneta, è diventato un ingrediente pregiato in molti prodotti moderni, spingendo così tanto il valore di mercato che a volte fare la moneta da cinque centesimi costa fino a sette centesimi al pop.

Lavorando in collaborazione con la Zecca degli Stati Uniti, un gruppo di ricerca presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha identificato un approccio alternativo che ridurrebbe il costo dei materiali per il nichel fino al 40%. Questo approccio produrrebbe una moneta altrettanto resistente e affidabile quanto il vecchio nichel, ma anche altrettanto familiare al cittadino americano.

Il documento che dettaglia il lavoro è stato pubblicato oggi sulla rivista Integrazione di materiali e innovazione di produzione .

Come ulteriore vantaggio, i dati di questa ricerca hanno anche prodotto risultati che possono aiutare le aziende high-tech alla ricerca di nuovi materiali da utilizzare nell'elettronica resiliente come telefoni e laptop, e in una varietà di nuovi colori radicali, avviare.

La produzione di monete è un processo complicato e impegnativo. Le monete non devono corrodersi nel palmo di una mano umida, Per esempio. Le immagini impresse sui loro volti devono essere abbastanza resistenti da resistere a decenni di commercio e all'occasionale giro in lavanderia. La loro lucentezza metallica deve essere sempre riconoscibile, e di spessore e densità uniformi.

Sebbene invisibile al cliente medio che acquista un gumball o una bibita, tutte le monete degli Stati Uniti devono contenere anche una quantità predeterminata di conduttività elettrica per funzionare nei distributori automatici, che utilizzano un piccolo metro per determinare la firma della valuta di una moneta. Un parchimetro o un distributore di bibite non conteranno il tuo nichel senza questa caratteristica chiave.

Per molti versi la sfida della produzione di nichel è stata una corrispondenza ideale per la NIST Materials Genome Initiative (MGI), che è stato avviato nel 2011 con l'ambizioso obiettivo di ridurre di almeno la metà il tempo necessario a un nuovo materiale per raggiungere il mercato mantenendo bassi i costi. L'MGI ha creato gli strumenti informatici e informatici necessari per lo sviluppo di tutti i tipi di nuovi materiali da utilizzare in un'ampia varietà di applicazioni di produzione.

"Ripensare al nichel è stata una delle prime volte in cui siamo stati in grado di implementare i nuovi strumenti MGI per progettare un materiale per un'applicazione specifica, ", ha detto lo scienziato del NIST Carelyn Campbell. "Siamo rimasti molto soddisfatti dei risultati".

Il team del NIST ha lavorato a ritroso, prima identificare le qualità desiderate per il nuovo pezzo di nichel e poi capire quali leghe e procedure potrebbero essere necessarie per realizzarlo. La Zecca degli Stati Uniti ha anche delineato alcuni vincoli specifici del sito; vale a dire, la nuova moneta doveva essere prodotta utilizzando gli impianti di produzione esistenti a Denver e Philadelphia, entrambi utilizzano un tipo specifico di procedura di raffreddamento lento.

Il colore si è rivelato particolarmente impegnativo. Sebbene la maggior parte delle persone non penserebbe che la moneta abbia un tono o una tonalità speciale, i collezionisti di monete sono un gruppo esigente e spesso rifiutano monete anche leggermente stonate, e i collezionisti costituiscono una quota significativa del mercato dei pezzi di denaro. Il pubblico in generale potrebbe anche non fidarsi di una moneta troppo arancione o troppo gialla. Ma il colore è spesso un criterio soggettivo, e uno che può essere difficile da quantificare o riprodurre con qualsiasi tipo di standard affidabile.

In questo caso, l'uso del processo MGI si è rivelato estremamente utile, sorprendendo persino i ricercatori stessi per l'efficienza del risultato. Partendo dall'insieme dei parametri per la resilienza, conducibilità e colore, il team è stato in grado di produrre un nuovo mix di rame, nichel e zinco che era il 40% meno costoso rispetto al precedente mix di metalli.

Il team ha fatto molto affidamento su un tipo di sistema di progettazione dei materiali noto come framework ICME (Integrated Computational Materials Engineering). Il metodo utilizza una grande quantità di modelli al computer per scoprire come reagiranno i diversi componenti quando vengono mescolati insieme. In questo caso, quei componenti erano leghe metalliche.

Il lavoro sperimentale è costoso e richiede tempo, mentre eseguire un modello su un computer è piuttosto veloce ed economico. L'idea è quella di utilizzare più risorse e strumenti computazionali per fare il lavoro lento in fase di progettazione per ridurre i tempi ei costi necessari per passare dall'idea alla realtà.

"Entro un anno, siamo stati in grado di mettere insieme un quadro per la progettazione di una lega, identificare e utilizzare il nostro modello per ottenere la lega corretta, e poi andare avanti e realizzare effettivamente il prototipo, testandolo e scoprendo che abbiamo raggiunto tutti i nostri obiettivi, " ha affermato Eric Lass, leader del progetto NIST e ingegnere dei materiali. Lass è anche l'autore senior del nuovo documento. In passato, tale lavoro avrebbe richiesto diversi anni.

I risultati potrebbero potenzialmente salvare milioni di US Mint. Inoltre, diverse aziende che producono articoli ad alta tecnologia hanno mostrato interesse per i risultati, poiché c'è una forte domanda da parte dei consumatori di dispositivi elettronici durevoli ma disponibili anche in una varietà di colori come il rosa metallizzato.

Non si sa ancora se qualcuno stia attivamente cercando un telefono in grado di superare un turno in un'asciugatrice calda il giorno del bucato, anche se.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.