Los investigadores han encontrado una manera de hacer algunos materiales notoriamente frágiles, más fuertes que nunca, simplemente reduciendo su tamaño.
Estos nuevos materiales podrían ser utilizados como componentes en aplicaciones estructurales como en vehículos aeroespaciales ligeros, ya que duran más tiempo bajo condiciones ambientales extremas o en los buques de guerra, porque son resistentes a la corrosión y el desgaste.
El trabajo, que será publicado en la revista Nature Materials, fue elaborado por Dongchan Jang, investigador postdoctoral senior, y Julia R. Greer, profesor asistente de ciencia de los materiales y mecánica en el Instituto de Tecnología de California (Caltech).
Historically, structural materials have always had to rely on their processing conditions, and thereby have been ‘slaves’ to their properties.”
Julia R. Greer
Por ejemplo, explica que las cerámicas son muy fuertes, lo que las hace ideales para aplicaciones estructurales. Por otro lado, estos materiales son muy pesados, que es problemático para muchas aplicaciones, además de ser extremadamente quebradizos, que no es lo ideal para soportar cargas pesadas. De hecho, dice Greer, “fallan catastróficamente bajo cargas mecánicas.”
Los metales y aleaciones, por el contrario, son dúctiles, y por lo tanto, es poco probable que se rompan, pero carecen de la fuerza de la cerámica.
Científicos han desarrollado un tipo interesante de materiales llamados aleaciones metálicas vidriosas(glassy metallic alloys), que son amorfos y carecen de la estructura cristalina de los metales tradicionales.
Vidrios metálicos
Los materiales, también conocidos como vidrios metálicos, se componen de estructuras al azar de elementos metálicos como el zirconio, titanio, cobre y níquel. Son ligeros, una gran ventaja para su incorporación a los nuevos tipos de dispositivos, y sin embargo, tienen la fortaleza de la cerámica. Desafortunadamente, su estructura al azar hace que los vidrios metálicos sean muy frágiles.
Los científicos de Caltech han desarrollado una estrategia para afrontar las dificultades de estos materiales, y es por ello que han decidido hacer los vidrios metálicos extremadamente pequeños.
Diseñaron un proceso para hacer pilares de cristal metálico enriquecido con zirconio que son de sólo 100 nanómetros de diámetro, casi 400 veces más estrechos que un cabello humano.
At this size, the metallic glasses become not only even stronger, but also ductile, which means they can be deformed to a certain elongation without breaking. Strength plus ductility, represents a very lucrative combination for structural applications.”
Dongchan Jang/Caltech
No hay aplicaciones inmediatas de los nuevos materiales, aunque puede ser posible combinar los nano pilares en matrices, que podrían entonces formar los bloques de construcción de grandes estructuras jerárquicas, con la fuerza y la ductilidad de los objetos más pequeños.
We are entering a new era in materials science, where structural materials can be created not only by utilizing monolith structures, like ceramics and metals, but also by introducing ‘architectural’ features into them.”
Greer
De acuerdo a la investigadora, los descubrimientos proporcionan una base sólida para la utilización de componentes a nanoescala, capaces de sostener cargas muy elevadas sin presentar fallas catastróficas, en una mayor escala de aplicaciones estructurales y, en concreto, mediante la incorporación de control microestructural y de la arquitectura.
The particularly cool aspect of the experiment is that it is nearly impossible to do!
Dongchan, my amazing postdoc, was able to make individual 100-nanometer-diameter tensile metallic glass nanopillar samples, which no one had ever done before, and then used our custom-built in situ mechanical deformation instrument, SEMentor, to perform the experiments. He fabricated the samples, tested them, and analyzed the data. Together we were able to interpret the results and to formulate the phenomenological theory, but the credit goes all to him.”
Greer
Artículo publicado en: Futurity.org
Imagen: Flickr
Den más información de este tipo es demasiado interesante jeje.