La scienza dei materiali interdisciplinare è una chiave per il progresso

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La ricerca interdisciplinare sui materiali è la chiave per risolvere le sfide esistenziali che l’umanità deve affrontare, ha detto l’ex dirigente dei Sandia National Laboratories Julia M. Phillips ai ricercatori che si sono riuniti per l’annuale Simposio del Materials Day del MIT Materials Research Laboratory (MRL) il mese scorso.

"Ciò che è allo stesso tempo molto eccitante per noi come ricercatori sui materiali, ma anche un po' frustrante, è che il vero impatto dei materiali si verifica quando si trasformano in qualcosa che puoi portare in tasca o altro," ha detto Phillips all'evento dell'11 ottobre. .

Durante la seconda metà del 20° secolo, molti dei progressi tecnologici che oggi diamo per scontati, come i computer portatili e gli smartphone, derivano da progressi fondamentali nella ricerca sui materiali e nella capacità di controllare e produrre materiali, ha affermato. Phillips, che si è ritirato dai Sandia National Laboratories come vicepresidente e responsabile della tecnologia, ricopre anche il ruolo di presidente del comitato consultivo esterno MRL ed è membro del National Science Board.

L'MRL è nato dalla fusione del Centro di lavorazione dei materiali e del Centro per la scienza e l'ingegneria dei materiali, entrata in vigore il 1° ottobre. Nel suo discorso introduttivo, il direttore dell'MRL Carl V. Thompson ha sottolineato la nomina di Geoffrey SD Beach, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali come co-direttore dell'MRL e ricercatore principale del Centro di scienza e ingegneria di ricerca sui materiali della National Science Foundation.

Alimentata dalle esigenze industriali e dalla ricerca finanziata dal governo nel secondo dopoguerra, "la ricerca sui materiali è stata innegabilmente uno dei primi modelli di ricerca interdisciplinare", ha affermato Phillips. Con nuovi strumenti come i microscopi con sonda a scansione per comprendere la struttura e le proprietà dei materiali, gli scienziati dei materiali nell'ultima metà del 20° secolo hanno creato classi completamente nuove di materiali e prodotti, che vanno dalle superleghe che hanno consentito motori a reazione più grandi e affidabili ai motori a reazione più potenti. superreticoli di strati che sono alla base della moderna registrazione magnetica, laser e rilevatori a infrarossi.

I futuri guadagni deriveranno dalla capacità di sintetizzare e controllare materiali sempre più complessi, ha affermato Phillips, notando progressi in aree come i superconduttori ad alta temperatura, i solidi porosi come strutture metallo-organiche e i metamateriali che generano nuove proprietà combinando materiali biologici, organici, ceramici. e metalli con precisione quasi su scala molecolare in modi non riscontrabili in natura.

"Da qualche parte nello spazio confuso tra molecole e materiali", questi nuovi materiali hanno proprietà molto interessanti che sono ancora in fase di studio completo e saranno sfruttati negli anni a venire, ha osservato Phillips. "È chiaro a molte persone che anche questi saranno trasformativi mentre andiamo avanti."

L’approccio alla ricerca sui materiali, che riunisce ricercatori provenienti da diversi campi scientifici e ingegneristici per risolvere problemi complessi, fornisce un modello per risolvere le sfide del 21° secolo in materia di energia, ambiente e sostenibilità; assistenza sanitaria e medicina; vulnerabilità alle minacce umane e naturali; ed espandere e migliorare le capacità e la gioia umane. "Questi sono esempi, ma puoi vedere materiali scritti ovunque in questo elenco, e suppongo che qualsiasi elenco comparabile che potresti trovare avrebbe materiali scritti ovunque", ha detto Phillips. "Per affrontare queste grandi sfide, dobbiamo davvero essere in grado di trattare sistemi realisticamente complessi che riuniscano tutte queste discipline delle scienze, dell'ingegneria, delle scienze sociali e comportamentali e probabilmente anche delle arti."

I progressi nella comprensione scientifica e nella modellazione computazionale stanno accelerando la capacità dei ricercatori di prevedere la struttura e le proprietà dei nuovi materiali prima di realizzarli effettivamente, ha affermato Phillips.