Sintesi e caratterizzazione del Cu metallico vetroso

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13163 (2022) Citare questo articolo

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I biofilm sono una componente significativa che contribuisce allo sviluppo di infezioni croniche, soprattutto quando sono coinvolti dispositivi medici. Questo problema rappresenta una sfida enorme per la comunità medica poiché gli antibiotici standard sono in grado di sradicare i biofilm solo in misura molto limitata. La prevenzione della formazione di biofilm ha portato allo sviluppo di una varietà di metodi di rivestimento e di nuovi materiali. Questi metodi hanno lo scopo di rivestire le superfici in modo tale da inibire la formazione di biofilm. Le leghe metalliche vetrose, in particolare le leghe che includono metalli di rame e titanio, hanno guadagnato popolarità come desiderabile rivestimento antibatterico. Nel frattempo, si è registrato un aumento nell’uso della tecnica di rivestimento a spruzzo a freddo poiché si tratta di un approccio adeguato per la lavorazione di materiali sensibili alla temperatura. Il presente studio è stato condotto in parte con l'intenzione di sviluppare un nuovo antibiofilm metallico vetroso costituito da Cu-Zr-Ni ternario utilizzando la tecnica di lega meccanica. Le polveri sferiche che costituivano il prodotto finale sono state utilizzate come materie prime per rivestimenti a spruzzo a freddo su superfici di acciaio inossidabile a bassa temperatura. Rispetto all’acciaio inossidabile, i substrati rivestiti con vetro metallico sono stati in grado di ridurre significativamente la formazione di biofilm di almeno un log.

La capacità di qualsiasi società nel corso della storia umana di progettare e promuovere l’introduzione di nuovi materiali che soddisfino le loro esigenze specifiche ha portato al miglioramento delle loro prestazioni e del loro posizionamento nell’economia globalizzata1. Viene sempre attribuito alla capacità dell'uomo di sviluppare materiali, apparecchiature di produzione e dispositivi utilizzati per la fabbricazione e la caratterizzazione dei materiali, misurata in base ai progressi compiuti nella sanità, nell'istruzione, nell'industria, nell'economia, nella cultura e in altri settori, da un paese o regione all'altro, e questo è vero indipendentemente dal paese o dalla regione2. Gli scienziati dei materiali hanno dedicato molto tempo nel corso degli ultimi 60 anni concentrando la loro attenzione su una preoccupazione primaria: la ricerca di materiali nuovi e all'avanguardia. La ricerca recente si è concentrata sul miglioramento delle qualità e delle prestazioni dei materiali già esistenti, nonché sulla sintesi e l'invenzione di tipi di materiali completamente nuovi.

L'incorporazione di elementi di lega, la modifica della microstruttura del materiale e l'applicazione di tecniche di lavorazione termica, meccanica o termomeccanica hanno portato a miglioramenti significativi nelle proprietà meccaniche, chimiche e fisiche di una varietà di materiali diversi. Inoltre, a questo punto sono stati sintetizzati con successo composti finora inauditi. Questi sforzi persistenti hanno portato alla nascita di nuove famiglie di materiali innovativi che vengono collettivamente definiti materiali avanzati2. Nanocristallini, nanoparticelle, nanotubi, punti quantici, vetri metallici amorfi a dimensione zero e leghe ad alta entropia sono solo alcuni degli esempi di materiali avanzati introdotti in tutto il mondo a partire dalla metà del secolo scorso1. Quando si tratta di fabbricare e sviluppare nuove leghe con caratteristiche superiori, spesso si tratta di aumentare la deviazione dall'equilibrio, sia nel prodotto finale che in una fase intermedia della sua produzione. Come risultato dell'implementazione di nuove tecniche di preparazione per avere una deviazione significativa dall'equilibrio, è stata scoperta una classe completamente nuova di leghe metastabili chiamate vetri metallici3.

Il suo lavoro presso il California Institute of Technology nel 1960 portò ad una rivoluzione nel concetto di leghe metalliche quando sintetizzò una lega di Au-25 con una percentuale di Si allo stato vetroso solidificando rapidamente il liquido a velocità prossime al milione di gradi al secondo4. L'evento della scoperta del professor Pol Duwezs non solo segna l'inizio della storia del vetro metallico (MG), ma ha anche portato a un cambiamento paradigmatico nel modo in cui le persone pensano alle leghe metalliche. Fin dalle prime ricerche pionieristiche per la sintesi delle leghe MG, praticamente tutti i vetri metallici sono interamente prodotti attraverso l'uso di uno dei seguenti metodi; (i) rapida solidificazione di fusioni o vapori, (ii) disordine atomico di reticoli cristallini, (iii) reazione di amorfizzazione allo stato solido tra elementi metallici puri e (iv) trasformazioni allo stato solido da fasi metastabili5.