{"id":16319,"date":"2022-05-05T09:15:53","date_gmt":"2022-05-05T07:15:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.m-q.ch\/?p=16319"},"modified":"2022-05-13T13:55:36","modified_gmt":"2022-05-13T11:55:36","slug":"ricerca-sui-materiali-nello-spazio-con-la-partecipazione-della-svizzera","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.m-q.ch\/it\/ricerca-sui-materiali-nello-spazio-con-la-partecipazione-della-svizzera\/","title":{"rendered":"Ricerca sui materiali nello spazio con la partecipazione della Svizzera"},"content":{"rendered":"<div class=\"std-paragraph-block\">\n<div class=\"std-art-paragraph\">\n<figure id=\"attachment_16321\" aria-describedby=\"caption-attachment-16321\" style=\"width: 680px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-16321\" src=\"https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-1_MQ.jpg\" alt=\"\" width=\"680\" height=\"435\" srcset=\"https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-1_MQ.jpg 680w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-1_MQ-18x12.jpg 18w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-1_MQ-274x175.jpg 274w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-1_MQ-547x350.jpg 547w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-1_MQ-300x192.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 680px) 100vw, 680px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-16321\" class=\"wp-caption-text\">Ricerca sui materiali in assenza di peso: scienziati dell'Universit\u00e0 di Ulm durante un test di fusione nell'Airbus Zero-G della societ\u00e0 Novespace. (Foto: Airbus Defence and Space)<\/figcaption><\/figure><\/p>\n<p>Il vetro metallico ha un colore simile all'oro bianco, ma ha la durezza del vetro di quarzo. Allo stesso tempo, \u00e8 elastico e resistente ai sali o agli acidi. Pu\u00f2 essere lavorato nella stampa 3D, per esempio per impianti medici, o anche nello stampaggio a iniezione. Tuttavia, c'\u00e8 ancora bisogno di molta ricerca materiale prima che questo sia possibile. All'Empa, Antonia Neels, capo del Centro raggi X dell'Empa, sta lavorando su questo misterioso materiale. Il suo team sta studiando la struttura interna del vetro metallico usando vari metodi a raggi X e scoprendo cos\u00ec correlazioni con propriet\u00e0 come la deformabilit\u00e0 o il comportamento alla frattura. Anche per i professionisti della scienza dei materiali, i vetri metallici sono un osso duro: \"Pi\u00f9 guardiamo i campioni, pi\u00f9 domande sorgono\", dice Antonia Neels. Questo sprona ancora di pi\u00f9 l'ambizione dei ricercatori.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<h2>Nello spazio per la ricerca sui materiali<\/h2>\n<div class=\"std-paragraph-block\">\n<div class=\"std-art-paragraph\">\n<p>Ora un campione di vetro metallico voler\u00e0 nello spazio tra qualche mese. Sulla Stazione Spaziale Internazionale ISS, le propriet\u00e0 del materiale saranno studiate in assenza di peso. Un gruppo di ricercatori con la partecipazione dell'Empa ha preparato i campioni e li ha registrati presso l'Agenzia Spaziale Europea ESA per il volo spaziale. La lega speciale \u00e8 fornita dalla societ\u00e0 PX Group di La Chaux-de-Fonds, che produce materiali per l'industria orologiera e la tecnologia dentale. Il team comprende anche i ricercatori Markus Mohr e Hans-J\u00f6rg Fecht dell'Istituto di nanosistemi funzionali dell'Universit\u00e0 di Ulm e Roland Log\u00e9 del Laboratorio di metallurgia termomeccanica dell'EPFL di Neuch\u00e2tel.<\/p>\n<p>La produzione del vetro metallico non \u00e8 del tutto semplice: rispetto al vetro per finestre, le leghe metalliche appositamente selezionate devono essere raffreddate fino a cento volte pi\u00f9 velocemente affinch\u00e9 gli atomi di metallo non formino dei reticoli cristallini. Solo quando la colata si solidifica come una scossa, si forma un vetro. Nell'industria, le lastre sottili di vetro metallico sono prodotte pressando la massa fusa tra rulli di rame in rapida rotazione. I ricercatori a volte fondono i loro campioni in stampi fatti di rame solido, che dissipa particolarmente bene il calore. Ma i pezzi pi\u00f9 grandi e solidi di vetro metallico non sono fattibili con questi metodi.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<h2>La stampa 3D aiuta ulteriormente<\/h2>\n<div class=\"std-paragraph-block\">\n<div class=\"std-art-paragraph\">\n<p>Una possibile via d'uscita dal dilemma \u00e8 la stampa 3D utilizzando il cosiddetto processo a letto di polvere. Una polvere fine della lega desiderata viene riscaldata per pochi millisecondi con un laser. I grani di metallo si fondono con i loro vicini per formare una specie di lamina. Ora un sottile strato di polvere viene posto sopra, il laser fonde la polvere appena applicata con la lamina sottostante, e cos\u00ec un pezzo tridimensionale viene gradualmente creato da molti grani di polvere brevemente riscaldati.<\/p>\n<figure id=\"attachment_16322\" aria-describedby=\"caption-attachment-16322\" style=\"width: 680px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-16322\" src=\"https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-2_MQ.jpg\" alt=\"\" width=\"680\" height=\"453\" srcset=\"https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-2_MQ.jpg 680w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-2_MQ-18x12.jpg 18w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-2_MQ-263x175.jpg 263w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-2_MQ-525x350.jpg 525w, https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2022\/05\/Materialforschung-im-Weltraum-mit-Schweizer-Beteiligung-2_MQ-300x200.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 680px) 100vw, 680px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-16322\" class=\"wp-caption-text\">La ricercatrice dell'Empa Antonia Neels dirige il Centro di analisi dei raggi X. \u00c8 un'esperta di vetri metallici e analizzer\u00e0 i campioni della ISS. (Immagine: Empa)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Questo metodo richiede un dosaggio fine dell'impulso laser. Se il laser brucia troppo debolmente sulla polvere, le particelle non si fondono e il pezzo rimane poroso. Se il laser brucia troppo forte, fonde di nuovo anche gli strati inferiori. La fusione multipla permette agli atomi di riorganizzarsi, formano cristalli - e questa \u00e8 la fine del vetro metallico.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<h2>Sulle tracce dei segreti con i metodi a raggi X<\/h2>\n<p>Al centro raggi X dell'Empa, il team di Antonia Neels ha gi\u00e0 analizzato diversi campioni di questo tipo provenienti da esperimenti di stampa 3D. I risultati, tuttavia, sollevano sempre nuove domande. \"Alcune indicazioni sono che le propriet\u00e0 meccaniche dei vetri non si deteriorano, ma al contrario addirittura migliorano, se il campione contiene piccole porzioni cristalline\", dice Neels. \"Ora stiamo cercando di capire quanto deve essere grande questa frazione di cristallo nel vetro e che tipo di cristalli devono formarsi per aumentare, per esempio, la duttilit\u00e0 o la resistenza all'impatto del vetro a temperatura ambiente\".<\/p>\n<div class=\"std-paragraph-block\">\n<div class=\"std-art-paragraph\">\n<p>Per rintracciare la crescita dei cristalli in un ambiente altrimenti amorfo, gli esperti dell'Empa utilizzano vari metodi a raggi X. \"Con radiazioni di diverse lunghezze d'onda, possiamo imparare qualcosa sulla struttura delle parti cristalline, ma anche determinare fenomeni di ordine vicino degli atomi nel campione - in altre parole, determinare le propriet\u00e0 dei legami chimici\", spiega Neels. Inoltre, l'analisi a raggi X per immagini, la cosiddetta micro-CT, rivela qualcosa sulle fluttuazioni di densit\u00e0 nel campione. Questo indica la segregazione di fase e la formazione di cristalli. Tuttavia, le differenze di densit\u00e0 tra le regioni vetrose e cristalline sono minime. L'elaborazione dettagliata delle immagini \u00e8 quindi necessaria per rendere visibile la distribuzione tridimensionale delle porzioni cristalline.<\/p>\n<h2>Perch\u00e9 la ricerca sui materiali in assenza di gravit\u00e0?<\/h2>\n<p>Le precedenti ricerche sui materiali con metodi 3D hanno i loro limiti. Soprattutto, la questione di quali temperature si formano i suddetti cristalli e come crescono deve ancora essere chiarita. I parametri termo-fisici come la viscosit\u00e0 o la tensione superficiale giocano un ruolo in questo caso. Gli esperimenti sulla ISS offrono condizioni ideali per la loro analisi. Per testare il comportamento in assenza di peso, le prime gocce di vetro metallico sono state portate in sospensione in via sperimentale gi\u00e0 nel 2019, a bordo di un Airbus A310, che ha effettuato un cosiddetto volo parabolico. Nell'esperimento chiamato TEMPUS (lavorazione elettromagnetica senza crogiolo in assenza di peso), la goccia di vetro composta da palladio, rame, nichel e fosforo \u00e8 stata tenuta in sospensione per mezzo di un campo magnetico e riscaldata fino a 1500 gradi Celsius per induzione. Durante la fase di raffreddamento, due brevi impulsi di corrente di induzione hanno fatto oscillare la gocciolina incandescente. Una telecamera ha registrato l'esperimento. Dopo l'atterraggio, il campione di materiale \u00e8 stato analizzato al centro raggi X dell'Empa. Tuttavia, poich\u00e9 una durata pi\u00f9 lunga di assenza di peso \u00e8 necessaria per analisi pi\u00f9 approfondite di quanto sia possibile su un volo parabolico, un campione di materiale \u00e8 stato ora registrato per un volo nel modulo europeo COLUMBUS della ISS. Il forno a levitazione elettromagnetica ISS-EML \u00e8 stato installato l\u00ec dal 2014. In ogni caso, 18 campioni di materiale volano lungo, vengono scambiati automaticamente e possono essere osservati dai ricercatori sulla Terra tramite flusso video. Il vetro metallico della Svizzera andr\u00e0 nello spazio con il prossimo lotto di campioni.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<h2>Simulazione al computer per nuovi processi di fusione<\/h2>\n<div class=\"std-paragraph-block\">\n<div class=\"std-art-paragraph\">\n<p>Dai dati molto pi\u00f9 dettagliati del volo spaziale, i ricercatori vogliono generare una simulazione al computer della fusione. Questo riunir\u00e0 tutte le risposte in un modello uniforme attraverso una combinazione di esperimenti sulla Terra e nello spazio: Qual \u00e8 la viscosit\u00e0 e la tensione superficiale a quale temperatura? Quando si formano i cristalli di quale composizione, dimensione e orientamento? In che modo questa struttura interna del materiale influenza le propriet\u00e0 del vetro metallico? Da tutti questi parametri, i ricercatori vogliono sviluppare un metodo di fabbricazione insieme al partner industriale PX Group per poter produrre l'agognato materiale in una forma definita. Quindi c'\u00e8 ancora molto da fare nei prossimi anni per i ricercatori dei materiali in tutti i team coinvolti.<\/p>\n<p><em>Fonte e ulteriori informazioni: <a href=\"http:\/\/www.empa.ch\">Empa<\/a><\/em><\/p>\n<\/div>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Il vetro metallico ha un colore simile all'oro bianco, ma ha la durezza del vetro di quarzo. 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