Mecânica

Desvendado o mistério dos vidros metálicos

Desvendado o mistério dos vidros metálicos
Os vidros metálicos não são transparentes, mas também não são nem um pouco fáceis de quebrar. [Imagem: Will Kirk/JHU]

Vidros metálicos

Vidros metálicos ainda são algo pouco conhecido da maioria do público. Mas esse material inusitado e peculiar já está presente em equipamentos esportivos, gabinetes de telefones celulares e vários outros produtos de alta tecnologia.

Ao contrário dos vidros comuns, vidros metálicos não são transparentes, nem fáceis de quebrar.

Vários metais são maleáveis devido a defeitos (deslocamentos) em sua estrutura cristalina. Mas os vidros metálicos não têm rede cristalina e nem deslocamentos e, mesmo assim, são maleáveis e extremamente resistentes. E o arranjo desordenado dos seus átomos lhes dá propriedades mecânicas e magnéticas muito peculiares.

Ciência básica dos vidros metálicos

Os cientistas também não conheciam muito bem os vidros metálicos, pelo menos não no sentido que os cientistas gostam de conhecer as coisas.

Afinal, um material sem rede cristalina definida não pode ser "conhecido" - estudado e entendido - com os mesmos métodos e ferramentas aplicados aos metais tradicionais, cristalinos. Como eles próprios dizem, eles não tinham um conhecimento suficiente da ciência básica do material.

Mas agora, utilizando técnicas de laboratório de última geração e poderosas simulações em computador, cientistas da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, descobriram como os átomos se organizam para formar esses materiais.

"Como os átomos se reúnem nos vidros metálicos tem sido um mistério," diz Howard Sheng, um dos autores do artigo que descreve a descoberta, publicada no exemplar de 26 de Janeiro da revista Nature.

Nos metais convencionais, os átomos se cristalizam em padrões tridimensionais uniformes, conhecidos como redes ou reticulados ("lattices").

Mas, cerca de um século atrás, os cientistas descobriram como fabricar vidros metálicos resfriando um líquido metálico tão rapidamente que a configuração atômica interna se congela antes que os átomos tenham a chance de se organizar em uma rede.

O, na época, novo material, foi descrito como amorfo, significando que os átomos pareciam se arranjar de forma irregular, sem a ordem característica dos materiais cristalinos. Esta estrutura atômica amorfa é comumente encontrada em outros materiais, como o vidro comum, mas raramente ocorre em metais.

Desvendado o mistério dos vidros metálicos
Os átomos dos vidros metálicos tendem a se agrupar em torno de um átomo central, em grupos de sete a quinze, formando desenhos tridimensionais conhecidos como poliedro de Kasper. [Imagem: JHU]

Átomo central

Os cientistas agora descobriram que os átomos dos vidros metálicos tendem a se agrupar em torno de um átomo central, em grupos de sete a quinze, formando desenhos tridimensionais conhecidos como poliedro de Kasper. Ou seja, os átomos não se organizam de forma totalmente aleatória.

Os poliedros de Kasper já foram encontrados em metais cristalinos, mas nos vidros metálicos eles não se alinham em longas fileiras. Ao invés disso, eles se juntam na forma de agrupamentos nanométricos, no que os cientistas chamaram de organização química e topológica de pequena e média ordens, em oposição às longas extensões da organização dos átomos nos metais.

Em vez dos deslocamentos, os vidros metálicos possuem espaços de pequena densidade entre esses agrupamentos de pequena ordem. Essas cavidades afetam a forma como o material se forma e suas propriedades mecânicas.

"Nossas descobertas deverão permitir que as pessoas que fabricam vidros metálicos caminhem rumo a técnicas de design mais inteligentes, desenvolvendo materiais com características mecânicas precisas conforme a necessidade para cada produto," diz Sheng.





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