Progettazione di nanocompositi basata sulla conoscenza per una maggior durata
I nanomateriali mostrano proprietà esclusive non presenti nelle loro controparti massive, in gran parte a causa dei relativi rapporti area di superficie/volume estremamente elevati. I nanocompositi costituiti da almeno due materiali diversi possono migliorare ulteriormente le proprietà attraverso la combinazione di materiali singoli e relative interazioni. Sono diventati oggetto di un'intensa attività di ricerca e sviluppo quali componenti fondamentali di nuovi dispositivi in quasi tutti i campi immaginabili. Il miglioramento a livello di durata e resistenza è particolarmente interessante per i materiali che funzionano in condizioni ambientali estreme, elevate sollecitazioni o cicli di carico ripetitivi. La formazione e propagazione di crepe può essere evitata mediante un attento controllo della micro e nanostruttura. L'incorporazione di un materiale a fase dura in una matrice morbida determina una migliore protezione, tuttavia non si comprende bene il comportamento del materiale sotto stress. Gi scienziati partecipanti al progetto MAN, finanziato dall'UE, hanno preso un semplice sistema di nanocristalli in carburo di titanio (TiC) incorporato in una matrice di carbonio amorfo (a-C) per studiare nel dettaglio questo comportamento attraverso una combinazione di ricerche sperimentali e teoriche. Le simulazioni di dinamica molecolare della deformazione hanno illustrato i comportamenti associati alla formazione e propagazione di crepe in risposta alla sollecitazione. È stata presa in considerazione la dipendenza direzionale relativa sia alla direzione della sollecitazione sia all'orientamento della crepa rispetto ai contorni dei materiali. Nel complesso, gli scienziati del progetto hanno dimostrato che la propagazione delle crepe nella fase a-C (più fragile rispetto alla fase TiC) è ostacolata dalla presenza di TiC. Ci si aspetta che la prosecuzione dei lavori consenta la delineazione del rapporto di fase ottimale e la forma del grano per la massima resistenza alla frattura nei nanocompositi. I risultati del progetto MAN sono applicabili alla maggior parte dei campi in cui la durevolezza è un fattore da tenere in considerazione. Sono incluse condizioni ambientali avverse, situazioni in cui i materiali sono soggetti a elevate sollecitazioni o cicli di carico ripetitivi.
