{"id":23759,"date":"2025-02-19T03:01:54","date_gmt":"2025-02-19T02:01:54","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/02\/19\/materiali-che-hanno-fatto-la-storia\/"},"modified":"2025-02-19T03:01:54","modified_gmt":"2025-02-19T02:01:54","slug":"materiali-che-hanno-fatto-la-storia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/02\/19\/materiali-che-hanno-fatto-la-storia\/","title":{"rendered":"Materiali che hanno fatto la storia"},"content":{"rendered":"
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Questo articolo racconta l\u2019incredibile storia dei sei materiali che hanno cambiato la storia dell\u2019ingegneria<\/strong>.<\/p>\n

di Franco Concli<\/em><\/p>\n

L\u2019acciaio \u2013 i ponti<\/h2>\n

L\u2019acciaio \u00e8 uno dei materiali<\/a> pi\u00f9 diffusi nell\u2019ambito dell\u2019ingegneria grazie alla sua versatilit\u00e0. Esso, infatti, \u00e8 un materiale particolarmente robusto ma che al contempo ben si adatta a varie forme. Le sue caratteristiche di duttilit\u00e0 <\/strong>permettono al materiale di reggere anche in caso di sovraccarichi. In zone sismiche, ad esempio, anche a seguito di piccole scosse di terremoto altri materiali (fragili) come il vetro delle finestre vanno in frantumi mentre strutture in acciaio, anche di grandi dimensioni superano indenni questi eventi. A questo va anche sottolineata un\u2019altra propriet\u00e0 importante dell\u2019acciaio: come tutti gli altri metalli conduce la corrente elettrica.<\/p>\n

Uno degli impieghi storici dell\u2019acciaio \u00e8 nella costruzione di strutture come possono essere i ponti. Tra i primi, sicuramente troviamo il Golden Gate Bridge<\/strong> che collega San Francisco, in California (US), con la Marin County. Il Golden Gate \u00e8 stato inaugurato il 27 maggio 1937. In tale occasione, le cronache riportano la passeggiata esplorativa di oltre 200000 persone sulla nuova struttura dato che l\u2019apertura al traffico \u00e8 avvenuta solo il giorno successivo. Con i suoi 2737 metri, il ponte di San Francisco ha rappresentato per molti anni il ponte sospeso pi\u00f9 lungo al mondo.<\/p>\n

Sebbene oggigiorno il Golden Gate sia un progetto ormai datato, l\u2019impiego dell\u2019acciaio per la costruzione dei ponti \u00e8 ancora molto attuale.<\/p>\n

I materiali ceramici \u2013 le lampadine<\/h2>\n

L\u2019alluminio<\/strong> \u00e8 un materiale oggigiorno ampiamente utilizzato. Basti pensare a quante lattine per bevande vengano stappate in tutto il mondo ogni giorno. Il suo ossido (Al2<\/sub>O3<\/sub>) \u00e8 un materiale ceramico che trova larga applicazione in campo ingegneristico. L\u2019ossido di alluminio \u00e8 fondamentalmente un composto stabile che quindi protegge il materiale puro dalla corrosione. Anche nel caso in cui lo strato di ossido venga danneggiato, l\u2019esposizione dell\u2019alluminio puro all\u2019aria porter\u00e0 alla rapida formazione di nuovo ossido protettivo. Questo, oltre a proteggere dalla corrosione, ha anche un punto di fusione molto maggiore del materiale puro (2020\u00b0C vs. 660\u00b0C). In tal senso, l\u2019ossido di alluminio viene detto materiale refrattario <\/strong>(resistente alle temperature) che viene utilizzato, ad esempio, per il rivestimento dei forni industriali. Assieme a queste fantastiche caratteristiche, per\u00f2, l\u2019ossido di alluminio mostra anche una certa fragilit\u00e0 che ne limita il campo di applicazione. <\/p>\n<\/p>\n

Da un punto di vista termico, ad esempio, sarebbe possibile impiegarlo in applicazione quali i propulsori delle automobili. Data la bassa duttilit\u00e0 (ovvero la capacit\u00e0 di resistere a sollecitazioni relativamente alte senza fratturarsi), per\u00f2, un loro impiego in applicazioni ad alta dinamica sarebbe catastrofico.<\/p>\n

I materiali ceramici trasparenti<\/h3>\n

In ambito materiali ceramici, uno dei progressi pi\u00f9 significativi pu\u00f2 essere fatto risalire alla nascita dei materiali ceramici trasparenti<\/strong> che hanno, ad esempio, rivoluzionato il mondo dell\u2019illuminazione.<\/p>\n

I materiali ceramici trasparenti vengono tipicamente realizzati mediante riscaldamento di polveri cristalline fino a temperature molto alte. La massa fluida che si ottiene risulta molto densa e contiene molte porosit\u00e0 (data dalla presenza di aria tra i granelli di polvere a monte della fusione). L\u2019aggiunta di piccolissime quantit\u00e0 (0.1%) di impurit\u00e0 (quali gli ossidi di magnesio) ha permesso di densificare, tra gli altri materiali, anche la polvere di Al2<\/sub>O3<\/sub> fino ad ottenere un materiale traslucido. L\u2019ossido traslucido di alluminio \u00e8 stato per anni impiegato per la realizzazione di lampade ai vapori di sodio ad alta temperatura (1000\u00b0C) che garantivano un\u2019illuminazione molto migliore delle tradizionali lampade a bulbo (100 lumen\/W contro 15 lumen\/W).<\/p>\n

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Lampada Lucalox (fonte: Wikipedia<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Le fibre ottiche \u2013 i vetri<\/h2>\n

I materiali metallici (come l\u2019acciaio) cos\u00ec come quelli ceramici (come l\u2019ossido di alluminio) condividono una caratteristica comune: sono cristallini<\/strong>. La loro struttura atomica risulta pertanto organizzata in modo strutturato e ripetitivo. A differenza dei metalli, per\u00f2, alcuni materiali ceramici possono essere prodotti, mediante processi produttivi specifici, anche in forme non cristalline (ovvero con strutture i cui atomi non sono disposti in modo ordinato). Il vetro <\/strong>\u00e8 un esempio di materiale ceramico non cristallino. La maggior parte dei vetri \u00e8 composto da una combinazione di ossido di silicio (SiO2<\/sub>), ossido di sodio (Na2<\/sub>O) ed ossido di calcio (CaO). I vetri, come anche i materiali ceramici cristallini, sono caratterizzati da una elevata fragilit\u00e0. Se i vetri sono stati da sempre impiegati principalmente per la loro caratteristica di trasmettere la luce visibile, essi sono anche alla base di una delle principali innovazioni nell\u2019ambito delle telecomunicazioni: le fibre ottiche.<\/p>\n

Nel 1880, Alexander Graham Bell realizz\u00f2 un primo metodo di trasmissione di informazioni attraverso un fascio di luce. Nel fotofono, infatti, il suono della voce faceva vibrare uno specchio, sul quale veniva proiettato un raggio di luce.<\/p>\n

La vera rivoluzione, per\u00f2 coincide con l\u2019invenzione del laser nel 1960. Dieci anni dopo, un team di ricerca della Corning Glass Works<\/a> svilupp\u00f2 la prima fibra ottica. Questa rappresenta un esempio di materiale fotonico, un materiale in cui la trasmissione del segnale avviene per mezzo di fotoni (grazie al laser) e non mediante elettroni (come avviene nei materiali elettronici). <\/p>\n

A differenza dell\u2019approccio di Bell, le fibre ottiche garantivano un bassissimo fattore di perdita (20dB\/km). Un\u2019altra decade dopo, nel 1980, il fattore di perdita delle fibre ottiche risultava ridotto di altri due ordini di grandezza (0.2dB\/km) grazie all\u2019impiego di onde a frequenza molto pi\u00f9 alta (630 \u00b5m vs. 630 mm di lunghezza d\u2019onda impiegata negli anni \u201960). Il resto \u00e8 storia recente. Le fibre ottiche hanno trovato un sempre pi\u00f9 largo impiego grazie anche alla nascita di internet e di un mondo interconnesso in cui lo scambio di informazioni gioca ormai un ruolo sempre pi\u00f9 centrale.<\/p>\n

I polimeri \u2013 il paracadute in nylon<\/h2>\n

I materiali polimerici, altres\u00ec noti come plastiche<\/strong>, hanno visto la loro luce a partire dalla seconda met\u00e0 dello \u2018800. Nel 1861, Alexander Parkes, brevetta il primo materiale plastico semisintetico, che battezza\u00a0Parkesine\u00a0(pi\u00f9 nota poi come\u00a0Xylonite). Si tratta di un primo esempio di celluloide, utilizzato per la produzione di manici e scatole, ma anche di manufatti flessibili come i polsini e i colletti delle camicie. Pochi anni dopo, nel 1870, i\u00a0fratelli\u00a0americani\u00a0Hyatt\u00a0brevettano la formula della\u00a0celluloide, con l\u2019obiettivo di sostituire l\u2019avorio nella produzione delle palle da biliardo, salvo incontrare un immediato successo presso i dentisti quale materiale da impiegarsi per le impronte dentarie.<\/p>\n

Nei primi del \u2018900, il chimico Leo Baekeland ottiene per condensazione tra fenolo e formaldeide la prima resina termoindurente di origine sintetica, che brevetter\u00e0 nel\u00a01910\u00a0con il nome di\u00a0Bakelite. Due anni dopo, Fritz Klatte scopre il processo per la produzione del PVC <\/strong>(polivinilcloruro).<\/p>\n

Il primo esempio di materiale polimerico flessibile e trasparente pu\u00f2 essere fatto risalire al 1913 quando lo svizzero\u00a0Jacques Edwin Brandenberger\u00a0inventa il\u00a0cellophane.<\/p>\n

Ma perch\u00e9 le plastiche vengono altres\u00ec dette polimeri? La parola \u201cmero\u201d sta ad indicare una singola molecola di icrocarburo come l\u2019etilene (C2<\/sub>H4<\/sub>). I polimeri altro non sono che lunghe catene di singole molecole (meri) legate assieme.<\/p>\n

Il nylon<\/h3>\n

Il nylon \u00e8 un esempio di polimero sintetico appartenente alla famiglia delle poliammidi, inventati nel 1936 dalla Du Pont Company. Questo polimero trov\u00f2 largo impiego a partire dal 1938 nella produzione di spazzolini da denti e come alternativa alla seta per la produzione di calze. Il vero successo del nylon, per\u00f2, coincise con la Seconda Guerra Mondiale durante la quale fu impiegato su larga scala per la produzione dei paracaduti (fino ad allora prodotti in seta). Alla fine del conflitto, le fibre sintetiche avevano gi\u00e0 sostituito quelle naturali in \u00bc delle applicazioni. Oggigiorno, 60 anni dopo, il nylon resta ancora molto diffuso e trova anche largo impiego, nella sua forma solida, in applicazioni ingegneristiche come gli ingranaggi ed i cuscinetti.<\/p>\n

Le plastiche mostrano una grande duttilit\u00e0 coniugata a costi molto minori, ad esempio, dei metalli. Per contro mostrano anche resistenze e punti di fusione molto minori dei metalli, nonch\u00e9 una reattivit\u00e0 chimica maggiore rispetto a vetri e ceramici.<\/p>\n

I materiali compositi \u2013 pneumatici rinforzati in kevlar\u00ae<\/h2>\n
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Fibre di Kevlar\u00ae (fonte: Wikipedia<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n

Tutti i materiali introdotti fino ad ora (metalli, ceramici, polimeri) sono classificabili a seconda del tipo di legame chimico alla loro base (rispettivamente legame metallico, legame ionico e legame covalente). Un\u2019altra importante classe di materiali \u00e8 quella dei cosiddetti compositi, ovvero materiali che, di fatto, altro non sono che aggregati di altri materiali.<\/p>\n

Un esempio di materiale composito <\/strong>ampiamente diffuso \u00e8 la vetroresina. Esso \u00e8 composto da una matrice polimerica in cui sono inserite fibre di vetro per conferirne propriet\u00e0 superiori a quelle dei materiali di base. In questo caso vengono quindi combinate la resistenza del vetro con la duttilit\u00e0 dei polimeri.<\/p>\n

Kevlar\u00ae \u00e8 il nome di una particolare vetroresina prodotta da Du Pont Company a partire dal 1965 (quella che ha inventato le poliammidi) che usa fibre para-aramidiche (il poli-para-fenilenetereftalammide PPD-T). Il Kevlar\u00ae ha cambiato il nostro modo di viaggiare ed \u00e8 stato impiegato, gi\u00e0 a partire dagli anni \u201970, nella produzione degli pneumatici. Il suo rapporto resistenza\/peso, infatti, risulta 5 volte superiore a quello dell\u2019acciaio.<\/p>\n

I semiconduttori \u2013 i chip in silicio<\/h2>\n

L\u2019ultima classe di materiali che ha probabilmente maggior contribuito all\u2019avanzamento tecnologico, \u00e8 quella dei semiconduttori<\/strong>. A differenza dei polimeri, che vediamo con i nostri occhi tutti i giorni, i semiconduttori hanno rivoluzionato la societ\u00e0 in modo invisibile.<\/p>\n

Impiegati in moltissime applicazioni, i semiconduttori sono un gruppo relativamente ristretto di elementi che possiede un\u2019importante propriet\u00e0 elettrica, ovvero la caratteristica di non essere n\u00e9 buoni conduttori di corrente elettrica, n\u00e9 buoni isolanti. Tra i materiali semiconduttori pi\u00f9 diffusi possiamo individuare il Silicio ed il Germanio. La possibilit\u00e0 di controllare con precisione il livello di impurit\u00e0 chimiche nel materiale consente di controllare con precisione anche le propriet\u00e0 elettriche. In questo modo \u00e8 possibile realizzare circuiti elettronici molto sofisticati e questi sono stati alla base di una vera e propria rivoluzione tecnologica.<\/p>\n

Conclusioni<\/h2>\n

Come ingegneri o tecnici siamo portati spesso confrontarci o dover scegliere il materiale per un nuovo progetto. Spesso la scelta \u00e8 guidata dall\u2019esperienza accumulata negli anni. Tuttavia, come si \u00e8 visto, spesso un materiale pensato per uno scopo, a volte pu\u00f2 rivoluzionare in modo in atteso un settore apparentemente molto distante.<\/p>\n<\/div>\n

L’articolo <strong>Materiali che hanno fatto la storia<\/strong><\/a> sembra essere il primo su Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

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Autore: Roberta Falco<\/p>\n

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