La nuova ceramica piezoelettrica può fare a meno del piombo
Un team di ricerca del Weizmann Institute of Science israeliano ha sviluppato una ceramica piezoelettrica innovativa e completamente atossica, che potrebbe sostituire materiali tecnologici essenziali ma altamente inquinanti. La nuova scoperta è stata pubblicata su Nature Communications. Appartiene a una classe di materiali, noti come elettrostrittivi o piezoelettrici, caratterizzata dalla capacità di deformarsi con l’esposizione a un campo elettrico. Le ceramiche piezoelettriche sono ampiamente utilizzate in dispositivi come cellulari e stampanti industriali, sensoristica, microscopia.
Il principale problema dei materiali piezoelettrici tradizionali è che contengono piombo. Altamente tossico, il piombo rappresenta un grave pericolo ecologico quando disperso nell’ambiente. In più, i materiali piezoelettrici sono di norma difficili da riciclare. Le loro piccole dimensioni rendono complesso il procedimento, portando così a un accumulo di piombo nelle discariche.
I precedenti tentativi degli scienziati di tutto il mondo di produrre materiali piezoelettrici senza piombo hanno avuto solo un successo marginale. Alcuni sono troppo reattivi chimicamente, altri troppo difficili da realizzare. Al contrario, la sostanza scoperta dal Weizmann è inerte e semplice da produrre.
La nuova ceramica sviluppata dall’Istituto è composta da ossido di cerio arricchito con circa il 10% di ossido di zirconio. Si tratta di materiali non solo abbondanti e economici, ma anche semplici da produrre. Ciò che rende questa ceramica particolarmente interessante è la sua capacità di ottenere deformazioni simili alle controparti attualmente utilizzate. In più, ha un costo energetico inferiore grazie a una costante dielettrica ridotta. In pratica, ha una minor propensione a contrastare l’intensità di un campo elettrico.
La scoperta è stata inizialmente guidata dalla curiosità scientifica piuttosto che da un’applicazione pratica. Durante gli esperimenti, gli scienziati si sono accorti che l’aggiunta di zirconio aumentava drasticamente l’effetto elettrostrittivo del materiale, raggiungendo prestazioni 200 volte superiori rispetto allo standard.
C’è ancora molto da comprendere su questo fenomeno. Ma la scoperta promette di aprire nuove strade per materiali tecnologici sostenibili.