Ligas metálicas nanocristalinas estáveis tornam-se realidade

Com informações do MIT - 07/09/2012

A pesquisadora Tongjai Chookajorn estabeleceu as bases teóricas para que se possa descobrir quais ligas metálicas podem formar estruturas nanocristalinas estáveis.
[Imagem: Chookajorn et al./Science]

Cristais de metais

Quase todos os metais - do aço usado para construir navios e carros até o cobre e o ouro utilizados para criar os nanofios no interior dos chips - são formados por cristais.

Cristais são matrizes ordenadas de átomos ou moléculas, que formam um padrão preciso, que se repete ao longo de todo o material.

Normalmente o metal é constituído não por um grande cristal, mas por inúmeros minúsculos cristais, bens juntos uns dos outros.

Na verdade, para a maioria das aplicações, quanto menores os cristais, melhor será o desempenho do material.

O problema é que materiais formados por cristais pequenos demais geralmente são instáveis.

Cristais menores significaram maiores áreas de fronteira entre eles, enfraquecendo o material. Além disso, os cristais muito pequenos tendem a se fundir e crescer quando submetidos ao calor ou ao estresse mecânico.

Ligas nanocristalinas

Mas finalmente, duas pesquisadoras conseguiram encontrar uma forma de obter um equilíbrio nesse conflito entre resistência e estabilidade.

Eles produziram ligas metálicas com grânulos extremamente finos - chamados nanocristais - capazes de manter sua estrutura nanocristalina mesmo quando submetidas a um calor intenso.

Tongjai Chookajorn foi além: ela estabeleceu as bases teóricas para que se possa descobrir quais ligas metálicas podem formar estruturas nanocristalinas estáveis.

A descoberta promete uma nova geração de ligas metálicas de alto desempenho, resultando em equipamentos mais resistentes e mais leves.

Há décadas, pesquisadores da academia e da indústria tentam criar ligas com grãos cristalinos cada vez menores.

"Mas a natureza não gosta de fazer isso. A natureza tende a encontrar estados de baixa energia, e cristais maiores normalmente têm menor energia," disse Heather Murdoch, que cuidou da parte teórica do estudo.

Contudo, ela descobriu que alguns pares de elementos conseguem formar nanocristais estáveis, embora não sejam encontrados em estado natural.

O resultado de seu trabalho é uma estrutura teórica que permite criar mapas de estabilidade para identificar as ligas com maior estabilidade termal.

Liga de tungstênio e titânio

A equipe testou sua teoria e sua técnica de fabricação produzindo uma liga de tungstênio e titânio nanocristalina que se mostrou excepcionalmente forte, superior aos materiais atualmente usados em blindagens.

A nova liga de tungstênio-titânio tem cristais de 20 nanômetros de diâmetro e permaneceu estável dentro de um forno a 1.100 graus Celsius durante uma semana.

Os cientistas afirmam que esta foi apenas uma demonstração, e que a pesquisa deverá resultar em uma ampla gama de usos industriais:

"Este foi apenas um estudo de caso, mas há potencialmente centenas de ligas que poderemos fazer," disse o professor Christopher Schuh.

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