Microestruturas heterogêneas em 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/10/2002

De copos plásticos a ossos, virtualmente todos os materiais são feitos de microestruturas heterogêneas. Agora, pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory desenvolveram uma ferramenta para estudar melhor estas estruturas.

O trabalho dos cientistas Gene Ice e Ben Larson atraíram o interesse da NASA e das indústrias automobilística, de semicondutores e eletrônica. Isto porque ele preenche um hiato que travava o progresso no desenvolvimento de novos materiais. A técnica desenvolvida permite o estudo de estruturas heterogêneas em grande detalhe e em três dimensões, abrindo caminho para o desenvolvimento de materiais mais avançados e voltados para aplicações específicas.

"Embora [cientistas] estejam fazendo um bom trabalho no desenvolvimento de novos materiais por tentativa e erro, a informação que esta tecnologia irá fornecer reduzirá a aplicação desses métodos", afirmou o professor Larson. "Isto permitirá que os cientistas visualizem os materiais entre 1/10 de mícron até centenas de micra - a chamada mesoescala."

Um feixe de raios-X de diversos comprimentos de onda, isto é, de várias cores, passa através de um microscópio tridimensional, o qual foca os raios-X em um feixe com um diâmetro menor do que 1 mícron. Este foco tão preciso é conseguido através do uso de micro-espelhos depositados diferencialmente. Estes espelhos já tinham rendido aos dois cientistas o prêmio R&D 100 Award em 2.000, um dos mais importantes prêmios para novas tecnologias nos Estados Unidos.

O feixe focalizado atinge um grande grupo de grânulos, que refletirão os raios-X. Raios-X de cada comprimento de onda serão refletidos por grânulos orientados em diferentes direções. O padrão de difração do raio-X é capturado por um CCD (uma câmera digital), o qual é cuidadosamente calibrado para medir ângulos precisos e intensidades dos raios refletidos. A partir do padrão coletado pelo CCD, o computador determina o tamanho, a orientação e a distorção dos grânulos.

A técnica ganha a terceira dimensão através do uso de um fio absorvente de platina, o qual se move em minúsculos passos para bloquear apenas alguns raios refletidos de cada vez. Esse fio controla quais raios refletidos atingirão o CCD. Comparando as imagens e usando um método chamado triangulação, um software calcula a profundidade dos grânulos.

O instrumento permite aos pesquisadores examinar e medir a estrutura, orientação, morfologia, stress e tensão, tudo sem destruir a amostra. Os pesquisadores poderão fazer estes estudos com resolução micrométrica em cristais monocristalinos, policristalinos, compósitos, multicamadas e materiais deformados, tudo na faixa da mesoescala.

Até agora, os cientistas tinham que, ou estudar cristais simples e isolados, ou então poderiam estudar as propriedades médias de vários grânulos policristalinos. Nenhum dos dois métodos fornece um retrato preciso o suficiente, nem na escala necessária para entender o comportamento dos materiais policristalinos. O instrumento agora criado fornece resolução sub-mícron e informação tridimensional, exatamente o que é necessário para estudar alterações em microestruturas e desenvolver novos materiais.