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Mecânica

Descoberta técnica para fazer metais superfortes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/10/2019

Descoberta técnica para fazer metais superfortes
Dentro de um grânulo de prata, os átomos de cobre (em verde) foram segregados em um limite de grão e em defeitos internos (cordas longas, fluindo para baixo).
[Imagem: Frederic Sansoz/UVM]

Metais superfortes

Dá para tornar os metais mais fortes do que eles são normalmente.

Foi o que descobriu Xing Ke e seus colegas da Universidade de Vermont, nos EUA, ao trabalhar com a prata.

Ke sintetizou amostras de prata que são nada menos do que 42% mais fortes do que a prata mais forte já produzida até hoje. E o mecanismo não se limita a esse metal.

"Nós descobrimos um novo mecanismo operando em nanoescala que nos permite fabricar metais muito mais fortes do que qualquer coisa já feita antes - sem perder a condutividade elétrica," confirmou o professor Frederic Sansoz, coordenador da equipe.

Repensando os defeitos

Todos os metais têm defeitos em sua estrutura cristalina. Muitas vezes, esses defeitos levam a qualidades indesejáveis, como fragilidade ou amolecimento. Isso levou os engenheiros de materiais a criar várias ligas metálicas para torná-los mais fortes. Mas, à medida que se fortalecem, essas ligas perdem a condutividade elétrica, um grande inconveniente para grande número de aplicações.

Descoberta técnica para fazer metais superfortes
A técnica poderá ser aplicada a vários metais e ligas.
[Imagem: Xing Ke et al. - 10.1038/s41563-019-0484-3]

Misturando uma quantidade minúscula de cobre na prata, a equipe descobriu que é possível transformar dois tipos de defeitos inerentes em nanoescala em uma poderosa estrutura interna. "Isso ocorre porque as impurezas são diretamente atraídas por esses defeitos," explica Sansoz.

Em outras palavras, a equipe usou uma impureza do cobre - uma forma de dopagem ou "microliga" como os cientistas chamam esse processo - para controlar o comportamento dos defeitos da prata e tirar vantagem desses defeitos, usando-os para fortalecer o metal e manter sua condutividade elétrica.

O mecanismo funciona porque os átomos de cobre, que são ligeiramente menores do que os átomos de prata, movem-se para os defeitos existentes entre os grânulos de prata. As minúsculas impurezas de cobre inibem a movimentação dos defeitos, mas são quantidades tão pequenas de metal - menos de um por cento do total - que a excelente condutividade elétrica da prata é mantida. "As impurezas dos átomos de cobre correm ao longo de cada interface e não no meio," explica Sansoz. "Então eles não perturbam os elétrons que estão se propagando".

A equipe está confiante de que essa técnica possa ser aplicada a muitos outros metais. Além disso, a ciência básica revelada neste estudo pode levar a avanços em várias tecnologias - de células solares mais eficientes a aviões mais leves: "Quando você consegue tornar um material mais forte, você pode usar menos dele ou fazê-lo durar mais. E ser eletricamente condutor é crucial para muitas aplicações," finalizou Sansoz.

Bibliografia:

Artigo: Ideal maximum strengths and defect-induced softening in nanocrystalline-nanotwinned metals
Autores: Xing Ke, Jianchao Ye, Zhiliang Pan, Jie Geng, Matt F. Besser, Dongxia Qu, Alfredo Caro, Jaime Marian, Ryan T. Ott, Y. Morris Wang, Frederic Sansoz
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-019-0484-3






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