Ligas metálicas quasicristalinas poderão produzir equipamentos sem atrito

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/09/2005

Ao contrário dos cristais normais (à esquerda), os quasicristais têm estruturas que não se repetem.
[Imagem: Duke University]

Quasicristais

Engenheiros de materiais da Universidade de Duke, Estados Unidos, desenvolveram um novo modelo de liga metálica "quasicristalina" que poderá permitir a construção de uma nova geração de equipamentos e peças virtualmente livres de fricção.

Quasicristais, da mesma forma que os cristais normais, consistem de átomos que se combinam para formar estruturas geométricas - triângulos, retângulos, pentágonos etc. - que se repetem em um padrão. Mas, ao contrário do que acontece nos seus "parentes normais", o padrão dos quasicristais não se repete a intervalos regulares.

É por isto que os quasicristais se tornam interessantes quando o assunto é a diminuição do atrito. Enquanto os padrões atômicos de duas superfícies cristalinas, atritando-se uma contra a outra, podem se alinhar, causando fricção, isto não acontece nos materiais quasicristalinos. Dois materiais quasicristalinos poderão esfregar-se um contra o outro com um atrito quase desprezível.

Ligas metálicas quasicristalinas

Ligas metálicas quasicristalinas já são usadas em grande número de aplicações industriais, inclusive nas conhecidas panelas anti-aderentes, porque elas combinam as propriedades de resistência à abrasão e ao calor das resinas antiaderentes, com a condutividade térmica própria dos metais.

Entretanto, ainda há um obstáculo importante impedindo o uso de quasicristais na construção de superfícies que devam deslizar uma contra a outra: a existência de contaminantes superficiais microscópicos, como os gases atmosféricos, que entram entre as superfícies e interferem com sua "lubricidade" característica.

Os gases formam uma finíssima camada de moléculas sobre a superfície da liga, formando um padrão cristalino, anulando as vantagens dos quasicristais.

Baixo atrito

O que os cientistas fizeram agora foi justamente modelar essa ação das moléculas de gases. A pesquisa, que será publicada no próximo exemplar do periódico Physical Review Letters, mostra como preservar a estrutura superficial de baixo atrito de um quasicristal na presença de um gás.

Experiências anteriores haviam mostrado que átomos do gás xenônio somente assumirão uma estrutura do tipo cristalina se mais do que uma camada se formar sobre a liga quasicristalina. A quantidade de camadas formadas é determinada pela temperatura e pela pressão. Os pesquisadores escolheram o xenônio porque esse gás praticamente não reage com os metais das ligas, o que facilita a geração de um modelo genérico, sem outras complicações de reações indesejadas.

A nova simulação agora desenvolvida mostra exatamente como se dá essa formação de várias camadas e como elas interagem com a liga quasicristalina.

Utilizando o novo programa, os cientistas esperam agora ampliar seu entendimento sobre a manutenção das propriedades de baixo atrito dos quasicristais.

Para alcançar aplicações práticas, eles poderão analisar o comportamento do modelo quando os gases presentes foram os "mais complicados" e reativos gases presentes na atmosfera.