L’Università della Virginia (UVA) Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate ha compiuto un passo significativo nella ricerca sulle ceramiche ad ultra-alte temperature attraverso l’implementazione di un innovativo sistema di levitazione elettromagnetica (EML). Questo sistema, finanziato da un programma di strumentazione di ricerca universitaria della difesa (DURIP), consentirà di studiare le ceramiche ad ultra-alte temperature (UHTC) sia nei loro stati solidi che fusi, come riportato in un comunicato stampa ufficiale.
Le UHTC rappresentano una classe di ceramiche in grado di resistere a temperature superiori a 3.600 gradi Fahrenheit (2.000 gradi Celsius) senza subire alcuna degradazione, presentando inoltre elevate conduttività termiche. Grazie a queste caratteristiche uniche, tali materiali vengono impiegati come scudi termici in una vasta gamma di applicazioni, che spaziano dai veicoli spaziali ai reattori nucleari, dagli aerei ipersonici alle fornaci.
Nonostante i numerosi vantaggi offerti dalle UHTC, è importante sottolineare che sono estremamente fragili e non possono essere facilmente modellate attraverso lavorazioni meccaniche convenzionali. Al fine di migliorarne l’usabilità, i ricercatori hanno condotto approfonditi studi sulle loro strutture chimiche, e si prevede che il sistema EML all’avanguardia contribuirà ulteriormente alla comprensione di questa classe di materiali.
Un ostacolo comune nella ricerca sulle UHTC è rappresentato dalla contaminazione chimica a temperature estremamente elevate. Il team di ricerca dell’UVA ha affrontato questa sfida adottando un design senza contenitore nel loro nuovo sistema EML. Mediante l’integrazione di tecniche di riscaldamento a induzione e laser, i ricercatori sono riusciti a eliminare il contatto diretto tra i materiali in studio e il recipiente di contenimento, garantendo così la precisione delle misurazioni anche a temperature superiori a 3.600 gradi Fahrenheit.
Data la diversificata gamma di applicazioni delle UHTC, è stato fondamentale per i ricercatori assicurare che il sistema EML fosse in grado di simulare condizioni di reazione estremamente variegate, che vanno dal vuoto fino a un’atmosfera ad estrema pressione. In queste condizioni estreme, i ricercatori possono analizzare proprietà come l’espansione termica, il punto di fusione e la tensione superficiale, utilizzando i dati ottenuti per applicazioni nel campo del volo ipersonico o della produzione ad alte temperature.
Il sistema EML rappresenta un significativo passo avanti per la ricerca statunitense, essendo la prima struttura di questo genere ad essere costruita negli Stati Uniti. Prima di questo, strutture simili erano operative solamente in Germania e Giappone, mettendo i ricercatori americani in una posizione di svantaggio. Tuttavia, il sistema EML presso l’UVA si distingue per la sua capacità di raggiungere la completa fusione delle UHTC mediante l’utilizzo di riscaldamento laser supplementare, consentendo ai ricercatori di acquisire dati ad alta precisione precedentemente non accessibili.
Elizabeth Opila, Professoressa di Ingegneria e Presidente del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’UVA nonché investigatrice principale del progetto EML, ha sottolineato che questa tecnologia non solo promuoverà l’avanzamento del settore, ma formerà anche la prossima generazione di scienziati dei materiali per applicazioni critiche. Inoltre, il sistema è stato progettato tenendo presente possibili future integrazioni, come ad esempio con l’Advanced Photon Source (APS) presso il Laboratorio Nazionale di Argonne, consentendo di condurre esperimenti come la diffrazione dei raggi X in situ e misurazioni di ossidazione ad alte temperature.
Opila ha concluso affermando che il sistema EML rappresenta più di un semplice strumento innovativo, essendo una piattaforma per la scoperta e l’istruzione che plasmerà il futuro della scienza dei materiali.
