Por quase 100 anos, os cientistas achavam que entendiam tudo que havia para saber sobre como os metais se dobram. Eles estavam errados.

Pesquisadores de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Wisconsin-Madison demonstraram que as regras de dobra de metal não são tão rígidas e rápidas, afinal. Eles descreveram suas descobertas em 9 de agosto no jornal Nature Communications .

Sua descoberta surpreendente não só altera as noções anteriores sobre como os metais se deformam, mas pode ajudar a orientar a criação de mais fortes, materiais mais duráveis.

"Isso cria novas oportunidades para o design de materiais, "diz Izabela Szlufarska, professor de ciência de materiais e engenharia na UW-Madison. "Ele adiciona outro parâmetro que podemos controlar para habilitar a resistência e a ductilidade."

Ductilidade é a capacidade de um metal dobrar. A maioria das abordagens para aumentar a resistência de um metal o faz às custas da flexibilidade - e à medida que os metais se tornam mais resistentes à flexão, eles são mais propensos a quebrar sob pressão.

Contudo, O novo mecanismo de dobra dos pesquisadores pode permitir que os engenheiros fortaleçam um material sem correr o risco de fraturas.

É um avanço que tem particular interesse para o Exército dos Estados Unidos, que tem uma necessidade urgente de materiais fortes e duráveis ​​para manter as tropas seguras nas zonas de combate.

"O professor Szlufarska abriu uma área inteiramente nova para a exploração de processamento e projeto de materiais estruturais, "disse Michael Bakas, gerente do programa de síntese e processamento no Gabinete de Pesquisa do Exército no Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA. "Ao fazer uma descoberta de alto impacto, O professor Szlufarska potencialmente lançou a base técnica para o desenvolvimento de uma nova geração de materiais estruturais avançados que poderiam eventualmente ser empregados em futuros equipamentos e veículos do Exército. "

Os engenheiros normalmente manipulam a resistência de um metal por meio de técnicas como trabalho a frio ou recozimento, que exercem seus efeitos por meio de pequenas, ainda importante, irregularidades estruturais chamadas deslocamentos.

"Todo mundo na comunidade de metais sabe que os deslocamentos são críticos, "diz Szlufarska.

É um truísmo que se mantém desde 1934, quando três pesquisadores perceberam independentemente que o deslocamento explicava um paradoxo antigo:os metais são muito mais fáceis de dobrar do que suas estruturas moleculares - que normalmente assumem a forma de grades tridimensionais repetidas regularmente - poderiam sugerir.

Os deslocamentos são pequenas irregularidades na estrutura cristalina de um metal, de outra forma bem ordenada. Eles surgem de ligeiras incompatibilidades - imagine as páginas de um livro como fileiras de átomos, e imagine como a bela pilha de papel fica levemente distorcida no local onde alguém insere um marcador.

Metais normais dobram porque os deslocamentos são capazes de se mover, permitindo que um material se deforme sem quebrar todas as ligações dentro de sua estrutura de cristal de uma vez.

As técnicas de fortalecimento geralmente restringem o movimento das luxações. Portanto, foi um choque quando Szlufarska e seus colegas descobriram que o material samário cobalto - conhecido como intermetálico - se dobrava facilmente, mesmo que seus deslocamentos estivessem travados no lugar.

"Acreditava-se que os materiais metálicos seriam intrinsecamente frágeis se o deslizamento de deslocamento fosse raro, "diz Hubin Luo, um ex-cientista da equipe do laboratório de Szlufarska agora trabalhando no Instituto de Tecnologia Industrial de Ningbo na China. "Contudo, nosso estudo recente mostra que um intermetálico pode ser deformado plasticamente em uma quantidade significativa, mesmo quando o deslizamento de deslocamento está ausente. "

Em vez de, A dobra de samário cobalto causou a formação de bandas estreitas dentro da estrutura do cristal, onde as moléculas assumiram uma configuração "amorfa" de forma livre em vez da regular, estrutura em forma de grade no resto do metal.

Essas faixas amorfas permitiam que o metal se dobrasse.

"É quase como lubrificação, "diz Szlufarska." Previmos isso em simulações, e também vimos as bandas de cisalhamento amorfas em nossos estudos de deformação e experimentos de microscopia eletrônica de transmissão. "

Uma combinação de simulações computacionais e estudos experimentais foi crítica para explicar o resultado desconcertante, razão pela qual Szlufarska e seu grupo eram excepcionalmente adequados para desvendar o mistério.

"Muitas vezes é mais fácil realizar simulações teóricas para explicar os resultados experimentais existentes, "diz Hongliang Zhang, um acadêmico de pós-doutorado na UW-Madison. "Aqui, primeiro previmos teoricamente a existência de bandas de cisalhamento e seu papel na plasticidade do samário cobalto; esses foram fenômenos inteiramente surpreendentes. Em seguida, confirmamos esses resultados experimentalmente com muitos tipos diferentes de experimentos para testar nossa teoria e ter certeza de que o fenômeno previsto pode ser de fato observado na natureza. "

Os pesquisadores pretendem buscar outros materiais que também possam se dobrar dessa maneira peculiar. Eventualmente, eles esperam usar o fenômeno para ajustar as propriedades de um material para resistência e flexibilidade.

"Isso pode mudar a maneira como você busca a otimização das propriedades dos materiais, "diz Szlufarska." Sabemos que é diferente, nós sabemos que é novo, e achamos que podemos usá-lo. "