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smart materials

Gli “Smart Materials” sono particolari materiali caratterizzati da una o più proprietà che possono essere influenzate da stimoli esterni come variazioni di temperatura, pH, umidità, applicazioni di sforzi meccanici oppure cambiamenti di intensità del campo elettrico o magnetico sul quale viene posto il materiale.

Esistono diverse varietà di “Smart Materials “classificabili in base al loro meccanismo di funzionamento; RDLab137 si è occupata in maniera specifica delle Leghe a Memoria di Forma.

LE LEGHE A MEMORIA DI FORMA (SMA, Shape Memory Alloys) sono materiali “intelligenti” in grado di reagire alle sollecitazioni esterne di origine termica o meccanica; in particolare si caratterizzano come composti metallici che, deformati meccanicamente, presentano l’interessante proprietà di tornare alla forma originale quando vengono scaldati ad una certa temperatura.

Inoltre, il metallo può essere ‘programmato’ per assumere una forma desiderata, proprietà che lo rende particolarmente utile per molte applicazioni tecnologiche.

Tra di essi il Nitinol è uno di quelli più utilizzati. Questo composto ha una struttura che permette una relativa mobilità delle catene atomiche senza che questi "spostamenti" vadano ad intaccare la resistenza e la stabilità del materiale. Esso perciò può subire deformazioni significative senza danneggiarsi ed inoltre, proprio perché la trasformazione non compromette i livelli più profondi della struttura atomica, può recuperare la forma iniziale.

Questi materiali presentano due particolari caratteristiche: l’effetto a memoria di forma (Shape Memory Effect, SME) ed il comportamento superelastico (Superelasticy, SE).

I campi di applicazione di queste leghe sono molteplici, dal settore biomedico (stent coronarici, apparecchi ortodontici) al settore ingegneristico meccanico (attuatori, valvole termiche) e strutturale (dispositivi antisimici).

Lo studio sperimentale delle leghe a memoria di forma risulta particolarmente complesso: RDLab137, in collaborazione con l'Istituto di Chimica della materia condensata e di tecnologie per l'energia -CNR di Lecco,  ha effettuato un lavoro analitico attraverso misure termiche e termomeccaniche su leghe a memoria di forma sia commerciali che in fase di ricerca. Le misure DSC hanno permesso di determinare l’energia termica e le temperature di inizio e fine della transizione martensitica e austenitica dei materiali considerati. Le misure DMA hanno permesso di eseguire uno studio di fattibilità di eventuali compositi formati da una lega a memoria di forma inglobata in una matrice polimerica. Questa analisi ha permesso di determinare le temperature di transizione di fase delle leghe a memoria di forma e monitorare il comportamento meccanico dei loro compositi polimerici. Ulteriori approfondimenti sono stati suggeriti dall’utilizzo della microscopia elettronica a scansione (SEM) per indagare la struttura dei grani del materiale e dalla diffrazione a raggi x (XRD) per lo studio reticolare delle fasi cristalline.

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