* Incursiona en una dinámica molecular que pronostica sus comportamientos ante distintas condiciones ambientales
Las aleaciones metálicas utilizadas para fabricar las turbinas de los aviones deben ser muy resistentes a las altas temperaturas para no fundirse durante el despegue. Un método práctico de evaluar este tipo de materiales fue creado por una investigadora mexicana, quien realiza su posdoctorado en el Centro Interdisciplinario para la Simulación de Materiales Avanzados, en Alemania.
Se trata de un modelo de simulación computacional o dinámica molecular capaz de predecir el comportamiento de los metales ante condiciones ambientales diferentes, mediante el análisis de la actividad de sus átomos.
“Mi propuesta de trabajo brinda, por primera vez, información atomística durante transformaciones sólido-líquido en aleaciones de níquel, procesos tan complejos cuyo modelado a nivel atómico tradicionalmente requeriría miles de millones de años de espera para arrojar los primeros resultados en nuestras computadoras. Sin embargo, me he enfocado en el desarrollo de metodologías que proveen ese tipo de información en un tiempo razonable, hablo de semanas”, refiere la doctora en Física Grisell Díaz Leines.
Expone que en su reciente doctorado en la Universidad de Ámsterdam, Holanda, trabajó en un método llamado ‘path-metadynamics’, cuyo propósito fue modelar a nivel atómico las propiedades cinéticas (tienen su origen en el movimiento de las partículas) y termodinámicas de sistemas complejos que toman relativamente grandes cantidades de tiempo en ser modelados. “Apliqué esta metodología en el estudio del plegamiento de proteínas, las cuales requieren cambiar de una estructura a otra para llevar a cabo sus funciones en la célula”.
En la actualidad sigue desarrollando y empleando este tipo de métodos para estudiar el modelaje atomístico de aleaciones metálicas de níquel, materiales que operan a altas temperaturas y son muy utilizados en las turbinas de los aviones.
“Para ello, elegimos un conjunto de átomos (primero de níquel, luego se le agregaron otros elementos para simular una aleación), resolvemos una serie de ecuaciones de movimiento e interacción de la mecánica clásica y obtenemos sus propiedades, lo que nos ha permitido conocer su resistencia a temperaturas muy elevadas”, explica la doctora Díaz Leines.
Resalta que en el presente proyecto ha logrado obtener las variables que describen el proceso de solidificación en las aleaciones metálicas para predecir cuánto tiempo va a tomarle pasar de un estado sólido a líquido. “Estoy probando diferentes temperaturas altas para ver cómo es la resistencia y cuál es la estructura final en la que va evolucionar un material”.
Simulación de dinámica molecular durante la transformación líquido-sólido en níquel. Ante una disminución de la temperatura, las partículas en fase líquida (en gris) comienzan a formar núcleos sólidos (en verde), que crecen hasta formar completamente la fase sólida del material. La formación del núcleo solido ocurre en escalas de tiempo que la simulación tradicional no puede alcanzar, por lo que metodologías computacionales avanzadas se requieren para modelar dicho proceso.
Lo anterior permite saber a qué temperaturas es posible llevar el material sin que se funda. Por otro lado, también predice la evolución de su microestructura; si por ejemplo, esta última genera defectos en el metal, es más probable que se rompa.
“Gracias al descubrimiento del átomo y del universo microscópico en el que habita, es posible entender las cualidades macroscópicas de los materiales que observamos. Todo ello mediante teorías y experimentos que explican el comportamiento dinámico de miles y millones de átomos que, en conjunto, forman la materia y determinan sus propiedades”, refiere.
El desarrollo de nuevas metodologías de modelaje atomístico en sistemas complejos abre toda una gama de posibilidades para el entendimiento de sus funciones y posibles aplicaciones en diversas áreas del conocimiento, que van desde la biofísica hasta ciencia de materiales.
Por Agencia ID.
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