Negli ultimi 50 anni, i produttori hanno considerato la fibra di carbonio un materiale da sogno:sebbene le singole fibre siano più sottili di una ciocca di capelli umani, possono essere attorcigliati insieme e fusi con un materiale di matrice per formare un composito leggero più resistente dell'acciaio, due volte più rigido e un buon conduttore di calore. E, a differenza dei metalli, il materiale non si screpola nel tempo. È stato utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, compresi aerei e veicoli spaziali, macchine, edifici, dispositivi medici e attrezzature sportive.

Ma la fibra di carbonio ha un grosso svantaggio, disse l'ingegnere Husker Yongfeng Lu, un esperto di materiali in carbonio. A temperature estreme, riscontrate abitualmente nell'industria aerospaziale, per esempio:la fibra di carbonio si ossida, il che significa che reagisce con l'ossigeno nell'aria e brucia, proprio come fa il legno quando combinato con abbastanza calore e ossigeno. L'ossidazione diminuisce rapidamente le qualità oniriche della fibra di carbonio, particolarmente la sua forza.

"Un punto debole delle fibre di carbonio è che si bruciano facilmente se si hanno temperature abbastanza elevate e presenza di ossigeno, " disse Lu, Lott Distinguished University Professor di ingegneria elettrica e informatica. "Se potessimo renderli non infiammabili, in modo che non brucino se esposti al fuoco, sarebbe emozionante".

In un recente articolo pubblicato su PNAS , La squadra di Lu descrive un passo importante verso quell'obiettivo. Lui e i colleghi dell'Università del Nebraska-Lincoln e dell'Istituto di chimica della materia condensata di Bordeaux in Francia hanno sviluppato un a basso costo, metodo scalabile per proteggere la fibra di carbonio dall'ossidazione. L'approccio rappresenta un miglioramento significativo rispetto ad altri processi antiossidanti che sono laboriosi, lento e costoso.

"Stiamo cercando di aggiungere strati superficiali in grado di separare le fibre di carbonio dall'ossigeno in modo che anche a temperature elevate, non saranno bruciati, " Lu ha detto. "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 nuovo rischio per il sistema e limita molto quelle applicazioni."

Per eliminare l'infiammabilità, Il team di Lu ha ideato un semplice, processo in un unico passaggio che inizia con la fusione di un sale chimicamente molto simile al sale da cucina. Dopo che i cristalli di sale diventano un liquido, i ricercatori aggiungono polveri di titanio e cromo, che sono noti per 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, in carburo di cromo e carburo di titanio, che funge da barriera contro l'ossidazione. Il rivestimento è multistrato perché titanio e cromo hanno ciascuno comportamenti e velocità di reazione diversi all'interno del sale fuso, portando a tre strati distinti di prodotto finale. Questo triplo rivestimento conferisce una protezione extra rispetto a un singolo strato.

Quando i ricercatori hanno valutato le fibre di carbonio rivestite contro temperature estreme, circa 2, 200 gradi Fahrenheit e condizioni ambientali estreme che hanno simulato con una fiamma ossiacetilenica, hanno scoperto che il materiale di carbonio ha mantenuto la sua struttura. Lu ha detto che il prossimo passo è identificare quanto siano ignifughe le fibre rivestite rispetto alle loro controparti non protette, e per quanto tempo possono conservare le loro proprietà più preziose in condizioni estreme.

Il team di Lu non è il primo a esplorare metodi per proteggere le fibre di carbonio dall'ossidazione, ma in caso di successo in ulteriori test, l'approccio sarebbe il primo con fattibilità su larga scala. Approcci precedenti, come la deposizione di vapore chimico, comportano attrezzature costose, molteplici passaggi e reazioni chimiche difficili da controllare. L'approccio del sale fuso aggira queste insidie ​​utilizzando basi, materiali economici che subiscono un processo spontaneo a una temperatura relativamente bassa di circa 1, 800 gradi Fahrenheit.

Il processo è anche veloce e pulito, predisponendolo per un uso industriale diffuso.

"Abbiamo trovato una ricetta che può formare tre strati in un unico stato, " disse Lu. "Con un solo tuffo, possiamo ottenere tre strati di rivestimento."