Quale materiale ha la massima resistenza alla trazione?
Il materiale con la massima resistenza alla trazione è la fibra di nanotubi di carbonio. È anche il materiale più rigido conosciuto, con un modulo elastico tremendamente alto, il che significa che non si allunga facilmente. I nanotubi di carbonio possono essere visualizzati come fogli di grafene arricciati in cilindri larghi solo una molecola.
Questi cilindri possono avere pareti singole (SWNT o nanotubi di carbonio a parete singola) o pareti multiple (MWNT o nanotubi di carbonio a parete multipla). I nanotubi di carbonio a parete multipla sono stati misurati come il materiale con la maggiore resistenza alla trazione di tutti, misurando a 63 GPa (gigapascal) per test su scala atomica, ben al di sotto del massimo teorico di 300 GPa. Gli scienziati non sono ancora stati in grado di produrre questa resistenza alla trazione in materiali sfusi, anche se il lavoro è in corso e l'eventuale successo sembra probabile.
Contrariamente ai nanotubi di carbonio, l'acciaio ad alto contenuto di carbonio ha una resistenza alla trazione di circa 1,2 GPa. La fibra di nanotubo di carbonio sfuso è stata creata con una resistenza alla trazione di 1,6 GPa, che è la resistenza alla trazione più di qualsiasi fibra, naturale o artificiale, di oltre un ordine di grandezza. Ulteriori miglioramenti di un altro ordine di grandezza sembrano plausibili nei prossimi decenni. La fibra di nanotubi di carbonio è così forte che un cavo della fibra lungo 50.000 km (31.070 miglia) potrebbe essere esteso dalla superficie terrestre in orbita geosincrona e non si spezzerebbe. Questo concetto è noto come un ascensore spaziale.
Nel maggio 2007, i ricercatori finanziati dalla Marina degli Stati Uniti sono riusciti a produrre nanotubi di carbonio con una lunghezza superiore a 2 mm, il più lungo di sempre. Il rapporto lunghezza-larghezza di questi nanotubi è di circa 900.000 a 1. La Marina è comprensibilmente interessata alle fibre con la massima resistenza alla trazione, poiché utilizza le corde per numerosi scopi come l'ormeggio, il fissaggio di carichi, ecc. Le fibre più robuste consentirebbero l'immersione ROV (veicoli gestiti a distanza) per pesare di più, viaggiare più in profondità ed essere collegati in modo più affidabile alle loro stazioni base, rilevanti alla luce di un ROV giapponese da 15 milioni di dollari, tra i più avanzati al mondo, recentemente perso nel corso di un forte tempesta. Pertanto le fibre con la massima resistenza alla trazione aumenterebbero la nostra capacità di esplorare i fondali oceanici.
Vantaggi simili potrebbero propagarsi in tutti i settori dell'ingegneria e della progettazione. I ponti potrebbero essere resi molto più forti se la fibra di nanotubi di carbonio diventasse più economica. Attualmente costa centinaia o migliaia di dollari al grammo, ma il costo è diminuito esponenzialmente negli ultimi anni.