Mecânica

Mecânica Quântica ajuda a projetar melhores ligas metálicas

Ligas metálicas, como aquelas feitas à base de alumínio e magnésio, têm um grande potencial para reduzir o peso de carros e caminhões sem comprometer a segurança. Entretanto, a ciência ainda não entende totalmente a física básica dessas ligas, o que leva os projetistas a ter que "chutar" parâmetros que serão utilizados em modelos estruturais de testes.

Agora pesquisadores do laboratório norte-americano NREL (National Renewable Energy Laboratory) desenvolveram uma nova técnica computacional capaz de calcular as propriedades termodinâmicas de ligas com grande precisão. Os cálculos poderão permitir a criação de novas classes de ligas metálicas, projetadas em computador antes de serem feitas em laboratórios.

Os dados calculados, chamados de "primeiros-princípios", são informações puras de mecânica quântica e exigem enorme poder computacional. Desta forma, mesmo nos computadores mais rápidos, o tamanho do sistema que pode ser calculado pelo enfoque dos primeiros-princípios é limitado pelos recursos de processamento disponíveis. Isto exige métodos de extrapolação para tratar problemas termodinâmicos em ligas.

O novo sistema permite que essa extrapolação seja feita com muito maior precisão e em maior amplitude. Os pesquisadores apresentaram um cálculo que envolve mais de 200.000 átomos, o que representa um incremento entre 20 e 50 vezes em relação ao que era possível até hoje. A precisão chega a 200 Å, mas os cientistas acreditam que, com melhoramentos adicionais, poderão chegar a 1000 Å, o que significaria a possibilidade de se fazer modelagens microestruturais com abordagens inteiramente atomísticas.

Batizado de LEGO ("Linear Expansion in Geometric Objects"), o sistema já foi utilizado para analisar processos de endurecimento de ligas Al-Cu (alumínio e cobre) e Al-Zn (alumínio e zinco). A foto mostra a estrutura em escala atômica de um precipitado de cobre em uma liga diluída de Al-Cu, capaz de aumentar sensivelmente a resistência do alumínio.





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