INGEGNERIA DEI MATERIALI Pag 138
La ricerca in tecnologia assume un ruolo fondamentale, ecco perché è importante seguirne l’evoluzione verso i nuovi materiali.
L’ingegneria dei materiali si occupa dello studio delle nuove tecnologie e del loro uso.
Le nazioni che hanno un basso costo della manodopera competono facilmente con le nazioni
sviluppate, che possono difendersi con l’innovazione tecnologica:
- metodi produttivi innovativi;
- uso di nuovi materiali che conferiscono al prodotto un alto valore tecnologico.
Qualsiasi tecnologia innovativa può svilupparsi solo dalla disponibilità di materiali di nuova concezione.
I nuovi materiali
- Negli ultimi decenni sono stati sperimentati e commercializzati nuove tipologie di materiali che, rispetto a quelli tradizionali, mostrano proprietà superiori.
- Ad esempio i materiali compositi, che derivano dalla combinazione e coesistenza di almeno due componenti chimicamente diversi, presentano proprietà e caratteristiche non riscontrabili nei singoli componenti.
- Le proprietà fisiche e meccaniche dei singoli componenti si combinano e risultano ottimizzate.
- La matrice è il componente principale che tiene insieme gli altri componenti che si chiamano inclusioni.
Nanotecnologie
Sulla base degli studi di Feynman, l’ingegnere giapponese, Norio Taniguchi introdusse il termine nanotecnologia, riferendolo a uno sviluppo della meccanica di precisione, con tolleranze dell’ordine del nanometro (milionesimo di millimetro).
Oggi la nanotecnologia è una realtà che punta a sviluppare nuovi sistemi (materiali, dispositivi, ecc.) progettandone direttamente la nanostruttura.
Le nanotecnologie consente la produzione di dispositivi estremamente miniaturizzati (con dimensioni massime dell’ordine di 100 nm) e di materiali innovativi modificando le caratteristiche macroscopiche e microscopiche dei materiali.
I materiali compositi
I compositi sono materiali che derivano dalla combinazione di almeno due componenti chimicamente diversi e dotati di proprietà differenti.
I materiali compositi hanno un’elevata resistenza e leggerezza.
1. Fibre di carbonio
· ottima resistenza meccanica
· bassa tenacità.( Caratteristica di ciò che è dotato di molta forza adesiva, resistenza agli urti, alle deformazioni).
· alto modulo elastico
· bassa densità (1.7-2.1 g/cm3)
· alto costo
2. Fibre aramidiche (Kevlar - Nomex) Le fibre in Aramide o Aramidiche sono fibre polimeriche (materiale plastico) ad altissime prestazioni meccaniche
• ottima resistenza meccanica
• alta tenacità
• modulo elastico medio
• bassa densità (<1.5 g/cm3)
• costo medio
3. Fibre di vetro
• ottima resistenza meccanica
• buona tenacità
• basso modulo elastico
• media densità (2.5-2.8 g/cm3)
• basso costo.
Applicazioni delle nanotecnologie
1. Vetrine antigraffio che sfruttano l’effetto “loto”. Il cosiddetto effetto loto è la capacità, osservata principalmente nei fiori di loto, di un materiale di mantenersi pulito autonomamente.
2. OLED (diodi organici emettitori di luce) per schermi.
3. Articolazioni dell’anca in materiali biocompatibili.
4. Nanotubi per schermi notebook.
5. Celle a combustibile forniscono corrente a veicoli e telefonini.
6. Vestiti “intelligenti” misurano il polso e controllano la respirazione.
Dalle comuni pile elettriche, le celle a combustibile si differenziano in quanto sono basate su una reazione di combustione controllata, in cui il combustibile è idrogeno (H2) e il comburente è ossigeno (O): il prodotto finale è acqua (H2O). Gli elettrodi, l’anodo e il catodo, sono immersi in un elettrolita che può essere di vario tipo (acido fosforico, da carbonati fusi, da ossidi solidi ceramici, ecc.). L’erogazione di energia elettrica prosegue finché la cella a combustibile viene alimentata con il combustibile.
La ricerca in tecnologia assume un ruolo fondamentale, ecco perché è importante seguirne l’evoluzione verso i nuovi materiali.
L’ingegneria dei materiali si occupa dello studio delle nuove tecnologie e del loro uso.
Le nazioni che hanno un basso costo della manodopera competono facilmente con le nazioni
sviluppate, che possono difendersi con l’innovazione tecnologica:
- metodi produttivi innovativi;
- uso di nuovi materiali che conferiscono al prodotto un alto valore tecnologico.
Qualsiasi tecnologia innovativa può svilupparsi solo dalla disponibilità di materiali di nuova concezione.
I nuovi materiali
- Negli ultimi decenni sono stati sperimentati e commercializzati nuove tipologie di materiali che, rispetto a quelli tradizionali, mostrano proprietà superiori.
- Ad esempio i materiali compositi, che derivano dalla combinazione e coesistenza di almeno due componenti chimicamente diversi, presentano proprietà e caratteristiche non riscontrabili nei singoli componenti.
- Le proprietà fisiche e meccaniche dei singoli componenti si combinano e risultano ottimizzate.
- La matrice è il componente principale che tiene insieme gli altri componenti che si chiamano inclusioni.
Nanotecnologie
Sulla base degli studi di Feynman, l’ingegnere giapponese, Norio Taniguchi introdusse il termine nanotecnologia, riferendolo a uno sviluppo della meccanica di precisione, con tolleranze dell’ordine del nanometro (milionesimo di millimetro).
Oggi la nanotecnologia è una realtà che punta a sviluppare nuovi sistemi (materiali, dispositivi, ecc.) progettandone direttamente la nanostruttura.
Le nanotecnologie consente la produzione di dispositivi estremamente miniaturizzati (con dimensioni massime dell’ordine di 100 nm) e di materiali innovativi modificando le caratteristiche macroscopiche e microscopiche dei materiali.
I materiali compositi
I compositi sono materiali che derivano dalla combinazione di almeno due componenti chimicamente diversi e dotati di proprietà differenti.
I materiali compositi hanno un’elevata resistenza e leggerezza.
1. Fibre di carbonio
· ottima resistenza meccanica
· bassa tenacità.( Caratteristica di ciò che è dotato di molta forza adesiva, resistenza agli urti, alle deformazioni).
· alto modulo elastico
· bassa densità (1.7-2.1 g/cm3)
· alto costo
2. Fibre aramidiche (Kevlar - Nomex) Le fibre in Aramide o Aramidiche sono fibre polimeriche (materiale plastico) ad altissime prestazioni meccaniche
• ottima resistenza meccanica
• alta tenacità
• modulo elastico medio
• bassa densità (<1.5 g/cm3)
• costo medio
3. Fibre di vetro
• ottima resistenza meccanica
• buona tenacità
• basso modulo elastico
• media densità (2.5-2.8 g/cm3)
• basso costo.
Applicazioni delle nanotecnologie
1. Vetrine antigraffio che sfruttano l’effetto “loto”. Il cosiddetto effetto loto è la capacità, osservata principalmente nei fiori di loto, di un materiale di mantenersi pulito autonomamente.
2. OLED (diodi organici emettitori di luce) per schermi.
3. Articolazioni dell’anca in materiali biocompatibili.
4. Nanotubi per schermi notebook.
5. Celle a combustibile forniscono corrente a veicoli e telefonini.
6. Vestiti “intelligenti” misurano il polso e controllano la respirazione.
Dalle comuni pile elettriche, le celle a combustibile si differenziano in quanto sono basate su una reazione di combustione controllata, in cui il combustibile è idrogeno (H2) e il comburente è ossigeno (O): il prodotto finale è acqua (H2O). Gli elettrodi, l’anodo e il catodo, sono immersi in un elettrolita che può essere di vario tipo (acido fosforico, da carbonati fusi, da ossidi solidi ceramici, ecc.). L’erogazione di energia elettrica prosegue finché la cella a combustibile viene alimentata con il combustibile.
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