Pesquisadores da Universidade de Connecticut descobriram que reduzir o oxigênio em alguns materiais nanocristalinos pode melhorar sua resistência e durabilidade em temperaturas elevadas, um aprimoramento promissor que poderia levar a melhores biossensores, motores a jato mais rápidos, e semicondutores de maior capacidade.

"Estabilizar nanocristais em temperaturas elevadas é um desafio comum, "diz Peiman Shahbeigi-Roodposhti, um pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Ciência de Materiais da UConn e o principal autor do estudo. "Em certas ligas, descobrimos que altos níveis de oxigênio podem levar a uma redução significativa em sua eficiência. "

Usando um processo de moagem especial em um porta-luvas fechado cheio de gás argônio, Cientistas da UConn, trabalhando em colaboração com pesquisadores da North Carolina State University, foram capazes de sintetizar cristais nanométricos de Ferro-Cromo e Ferro-Cromo-Háfnio com níveis de oxigênio tão baixos quanto 0,01 por cento. Esses pós de liga quase isentos de oxigênio pareciam ser muito mais estáveis ​​do que seus equivalentes comerciais com maior teor de oxigênio em temperaturas elevadas e sob altos níveis de estresse.

"Neste estudo, pela primeira vez, nanomateriais livres de oxigênio ideais foram desenvolvidos, "diz Sina Shahbazmohamadi, professor assistente de engenharia biomédica na UConn e co-autor do artigo. "Várias técnicas de caracterização, incluindo microscopia eletrônica de transmissão com correção de aberração avançada, revelou uma melhoria significativa na estabilidade do tamanho do grão em temperaturas elevadas. "

A estabilidade do tamanho do grão é importante para os cientistas que buscam desenvolver a próxima geração de materiais avançados. Como elos finos em uma malha intrincadamente tecida, os grãos são os pequenos sólidos com os quais os metais são feitos. Estudos têm mostrado que grãos menores são melhores quando se trata de fazer metais mais fortes e mais resistentes, que são menos propensos a rachar, melhores condutores de eletricidade, e mais durável em altas temperaturas e sob estresse extremo. Avanços recentes na tecnologia permitiram aos cientistas de materiais desenvolver grãos na escala de apenas 10 nanômetros, que é dezenas de milhares de vezes menor que a espessura de uma folha de papel ou a largura de um cabelo humano. Esses nanocristais só podem ser vistos em microscópios extremamente poderosos.

Mas o processo não é perfeito. Quando alguns nanograins são criados em massa para aplicações como semicondutores, a estabilidade de seu tamanho pode oscilar sob altas temperaturas e estresse. Foi durante a investigação dessa instabilidade que Shahbeigi-Roodposhti e a equipe de pesquisa da UConn aprenderam o papel do oxigênio no enfraquecimento da estabilidade dos nanocristais em altas temperaturas.

"Este é apenas um primeiro passo, mas esta linha de investigação pode levar ao desenvolvimento de motores a jato mais rápidos, mais capacidade em semicondutores, e mais sensibilidade em biossensores, "Shahbeigi-Roodposhti diz.

Seguindo em frente, os pesquisadores da UConn pretendem testar sua teoria em outras ligas para ver se a presença ou ausência de oxigênio afeta seu desempenho em temperaturas elevadas.

O estudo, "Efeito do teor de oxigênio na estabilidade térmica do tamanho de grão para os pós nanocristalinos de liga Fe10Cr e Fe14Cr4Hf, "que foi apoiado por financiamento do Departamento de Energia dos EUA, atualmente aparece online no Jornal de ligas e compostos .