Descoberto novo princípio que governa resistência dos metais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/04/2010

Cientistas descobriram o mecanismo que estabelece a resistência máxima de um metal, abrindo caminho para a fabricação de metais e ligas metálicas que sejam mais resistentes e mais maleáveis.
[Imagem: Huajian Gao/Xiaoyan Li]

Há muito tempo se sabe que a resistência - ou a fragilidade - de um metal é governada pelas chamadas interações de deslocamento, uma mescla confusa de linhas de interseção entre os minúsculos cristais que formam o metal.

Mas com a capacidade crescente de manipular os materiais em nanoescala, não existiria então uma maneira de tornar os metais, ao mesmo tempo, mais fortes e mais maleáveis, manipulando esses nanocristais?

Ponto máximo de resistência dos metais

Agora um grupo de pesquisadores dos Estados Unidos e da China acredita ter encontrado uma forma de responder positivamente a essa pergunta que os cientistas têm-se feito há muito tempo.

Gao Huajian e seus colegas descobriram um novo mecanismo que estabelece o ponto máximo da resistência dos metais nanoestruturados.

Ao conhecer esse ponto, torna-se possível manipular a estrutura dos metais em nanoescala para que eles possam atingir o máximo de sua resistência, superando largamente os metais fundidos em larga escala pela indústria metalúrgica.

Simulação atômica 3-D

Os metais industriais possuem uma granulometria muito diferente do arranjo teórico de um metal, devido a uma série de fatores, entre os quais as impurezas e o padrão de fundição e resfriamento.

Ao realizar simulações atômicas em 3-D dos grânulos cristalinos que formam os metais, os pesquisadores observaram que os deslocamentos - a movimentação das discordâncias - não são aleatórios, mas organizam-se em padrões em formato de colar altamente ordenados.

É a nucleação desse padrão de movimentação das discordâncias que determina o pico da resistência dos materiais.

"Esta é uma nova teoria para explicar a resistência na ciência dos materiais", disse Gao, atualmente na Universidade de Brown, nos Estados Unidos. "Ela revela um novo mecanismo de resistência do material que é único para os materiais nanoestruturados."

Ao simular essa manipulação em um supercomputador, utilizando um modelo com 140 milhões de átomos, os pesquisadores descobriram que é a nucleação que orienta a formação do padrão de deslocamento, caracterizado por grupos de átomos que se ordenam para assumir o formato de um colar.

Cobre mais resistente

Para testar sua teoria, os cientistas variaram o espaçamento entre nanocristais de cobre. O metal foi ficando cada vez mais forte conforme o espaço entre as fronteiras dos cristais caíam abaixo de 100 nanômetros.

A resistência máxima foi atingida quando o espaçamento atingiu 15 nanômetros. À medida que o espaçamento era reduzido abaixo dos 15 nanômetros, o metal voltava a ficar mais fraco.

Segundo Gao, esta descoberta pode abrir as portas para a fabricação de metais mais dúcteis e, simultaneamente, mais fortes.

Embora não tenha estruturado uma teoria para explicar o mecanismo das alterações atômicas, um grupo da Universidade Johns Hopkins conseguiu, em 2003, produzir o cobre mais duro existente até então, também manipulando os deslocamentos entre os grânulos.

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