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Sep 11, 2023

Física

Uma folha de metal capaz de soldar suas próprias rachaduras pode soar como um conceito saído das páginas de um romance de ficção científica. Mas essa autocura é exatamente o que Brad Boyce, do Sandia National Laboratories,

Uma folha de metal capaz de soldar suas próprias rachaduras pode soar como um conceito saído das páginas de um romance de ficção científica. Mas essa autocura é exatamente o que Brad Boyce, dos Sandia National Laboratories, no Novo México, e seus colegas capturaram recentemente durante experimentos que exploravam as propriedades de filmes de platina danificados [1]. Suas observações são as primeiras neste comportamento, o que pode ter implicações para o desenvolvimento de infraestruturas resistentes à fadiga mecânica.

Ao longo dos anos, vários cientistas teorizaram que, num ambiente não oxidativo, quaisquer fissuras que se desenvolvam num metal deveriam fechar-se por si próprias. Prevê-se que esta chamada autocura surja se os átomos forem trazidos de volta à proximidade à medida que tensões compressivas locais empurram os átomos para reformar as ligações. “O processo é semelhante à soldagem a frio”, diz Boyce, que ocorre quando os materiais no vácuo aderem uns aos outros sem a ajuda de fusão ou calor. Mas, até agora, ninguém tinha visto esta soldadura acontecer.

Boyce e sua equipe se depararam com sua observação enquanto observavam uma propriedade relacionada dos metais: como os limites dos grãos dentro de uma folha cristalina de metal de platina com espessura nanométrica se movem e mudam de forma quando o material é submetido a uma carga cíclica. Realizando experimentos à temperatura ambiente e dentro do ambiente de vácuo de um microscópio eletrônico, a equipe percebeu que as rachaduras por fadiga que se formaram durante o carregamento estavam crescendo e depois recuando.

A equipe também observou que as rachaduras cicatrizadas não reabriram. Em vez disso, à medida que o carregamento cíclico continuou, as fissuras subsequentes seguiram seus próprios caminhos únicos. O material parecia estar “curando” a si mesmo. “Isso foi realmente impressionante para mim”, diz Boyce. A equipe também explorou o comportamento de autocura do cobre, encontrando evidências de que rachaduras no cobre também podem se unir novamente.

Boyce diz que as observações da equipe sugerem que as posições dos átomos no material se reconfiguraram durante o processo de cura, levando a uma mudança na trajetória do caminho mais fraco, e acrescenta que serão necessários mais estudos para explicar completamente esse comportamento. Boyce diz que, embora ainda não possa especular se as propriedades mecânicas da folha de platina mudaram devido à fissuração, cura e reconfiguração, as observações sugerem que a cura de alguma forma tornou a região local em torno de uma fissura fechada mais resistente à fadiga.

Embora a ideia de um metal autocurável possa evocar ideias interessantes sobre pontes que podem reparar fissuras que se formam nas suas estruturas, evitando um colapso devastador, ou sobre carros que emergem de acidentes ilesos, o processo de soldadura ainda não foi observado sob condições atmosféricas. . Reinhard Pippan, físico aposentado da Academia Austríaca de Ciências, sugere que a exposição ao ar levaria à oxidação nos limites da fissura. A teoria indica que esta oxidação deveria proibir a autocura. Mas se as fissuras se formassem no interior do metal, o mesmo comportamento poderia ser observado.

Boyce diz que ele e sua equipe têm outro microscópio eletrônico que pode ser usado para fazer experimentos no ar. Eles planejam usar a ferramenta para estudar o processo de autocura em um ambiente contendo oxigênio. Também são necessárias experiências em blocos metálicos maiores para ver como o fenómeno se desenrola em sistemas relevantes para aplicações do mundo real, como no desenvolvimento de estruturas marítimas e outras infra-estruturas. Há um enorme conjunto de indústrias interessadas em metais mais resistentes à fadiga, diz Boyce. Mas acrescenta, “ainda há muito mais investigação necessária antes de podermos comercializar este [fenómeno] e tirar o máximo partido dele”.

- Alison Gasparini

Allison Gasparini é redatora científica freelance que mora em Santa Cruz, CA.

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