Materiali gerarchici
Da Wikipedia, l'enciclopedia encyclopedia
Per materiali gerarchici si intendono quei materiali i cui elementi costitutivi sono organizzati in strutture multiscala. L'ispirazione per lo studio e l'impiego dei materiali gerarchici nasce dal campo biologico e dalla natura, in cui si trovano numerosi esempi di come complessi materiali compositi, strutturati in determinate geometrie e forme, presentino specifiche caratteristiche di multifunzionalità, resistenza meccanica, self-organisation e enviromental responsiveness.[1][2]
Le proprietà che contraddistinguono questi materiali sono il prodotto di un'efficace interazione tra gli elementi di diversa scala che li compongono, e dell'effettiva geometria e struttura di ciascun livello. I materiali che presentano gerarchie nella propria struttura presentano caratteristiche migliori di quelle del materiale definito monolitico o "continuo" cioè senza strutture gerarchiche emergenti. Per esempio il guscio madreperlaceo dei molluschi, composto per il 95% in volume di CaCO3, presenta il doppio della resistenza meccanica e un tenacità a frattura 3000 volte maggiore del CaCO3 monolitico.[3]
Le incredibili proprietà mostrate da questi materiali bio-compositi nano strutturati hanno dato il via alla ricerca e produzione di nuovi materiali, bio-ispirati, che possano presentare caratteristiche simili. I potenziali vantaggi che hanno i materiali gerarchici sugli altri sono:
- La sinergia tra elementi strutturali sulle varie scale. Per esempio, in un materiale composito posso usare inclusioni di tipo fibroso per controllare la rigidezza del materiale, mentre posso usare una seconda fase di nanoparticelle immerse nella matrice per aumentare le proprietà di resistenza agli sforzi di taglio e compressione.[4]
- La possibilità di migliorare le proprietà di uno stesso materiale rispetto alla sua forma non strutturata. Per esempio, si è visto come ceramici gerarchici presentino sia una maggior resistenza che una maggior tenacità.[5]
- La possibilità di un controllo migliore delle proprietà legate alla presenza di un'interfaccia.
- La combinazione di vantaggi di nanomateriali e compositi.