p Uma classe de materiais que antes parecia que poderia revolucionar tudo, desde células solares a frigideiras - mas caiu em desuso no início dos anos 2000 - poderia estar pronta para uma ressurreição comercial, as descobertas de uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Michigan sugerem. p Publicado em Nature Communications , o estudo demonstra uma maneira de fazer quasicristais muito maiores do que eram possíveis antes, sem os defeitos que atormentaram os fabricantes anteriores e levaram os quasicristais a serem descartados como uma curiosidade intelectual.

p "Uma razão pela qual a indústria desistiu dos quasicristais é porque eles estão cheios de defeitos, "disse Ashwin Shahani, U-M professor assistente de ciência de materiais e engenharia e engenharia química e um autor correspondente no artigo. "Mas esperamos trazer os quasicristais de volta ao mainstream. E este trabalho sugere que isso pode ser feito."

p Quasicristais, que têm a estrutura ordenada, mas não os padrões repetidos de cristais comuns, pode ser fabricado com uma variedade de propriedades atraentes. Eles podem ser ultra-duros ou super-escorregadios. Eles podem absorver calor e luz de maneiras incomuns e exibir propriedades elétricas exóticas, entre uma série de outras possibilidades.

p Mas os fabricantes que primeiro comercializaram o material logo descobriram um problema - pequenas rachaduras entre os cristais, chamados limites de grãos, que convidam à corrosão, tornando os quasicristais suscetíveis a falhas. O desenvolvimento comercial de quasicristais foi praticamente engavetado desde então.

p Mas as novas descobertas da equipe de Shahani mostram que, sob certas condições, pequenos quasicristais podem colidir e se fundir, formando um único cristal grande sem nenhuma das imperfeições de contorno de grão encontradas em grupos de cristais menores. Shahani explica que o fenômeno surpreendeu durante um experimento desenvolvido para observar a formação do material.

p "Parece que os cristais estão se curando após a colisão, transformar um tipo de defeito em outro tipo que eventualmente desaparece completamente, "disse ele." É extraordinário, visto que os quasicristais não têm periodicidade. "

p Os cristais começam como sólidos semelhantes a lápis medindo uma fração de milímetro, suspenso em uma mistura fundida de alumínio, cobalto e níquel, que a equipe pode observar em tempo real e em 3D por meio da tomografia de raios-X. Conforme a mistura esfria, os minúsculos cristais colidem uns com os outros e se fundem, finalmente se transformando em um único grande quasicristal que é várias vezes maior do que os quasicristais constituintes.

p Depois de observar o processo no Laboratório Nacional de Argonne, a equipe o replicou virtualmente com simulações de computador. Ao executar cada simulação em condições ligeiramente diferentes, eles foram capazes de identificar as condições exatas sob as quais os minúsculos cristais se fundem em cristais maiores. Eles encontraram, por exemplo, que os minúsculos cristais parecidos com lápis devem ficar frente a frente dentro de uma certa faixa de alinhamento para colidir e coalescer. As simulações foram realizadas no laboratório de Sharon Glotzer, o distinto professor de engenharia da Universidade John Werner Cahn e autor correspondente no artigo.

p "É emocionante quando os experimentos e simulações podem observar os mesmos fenômenos acontecendo na mesma duração e escalas de tempo, "Glotzer disse." Simulações podem ver detalhes do processo de cristalização que os experimentos não conseguem ver, e vice versa, para que apenas juntos possamos entender completamente o que está acontecendo. "

p Embora a comercialização da tecnologia esteja provavelmente a anos de distância, os dados de simulação podem ser úteis no desenvolvimento de um processo para produzir com eficiência grandes quasicristais em quantidades em escala de produção. Shahani antecipa o uso de sinterização, um processo industrial bem conhecido onde os materiais são fundidos usando calor e pressão. É um objetivo distante, mas Shahani diz que o novo estudo abre uma nova avenida de pesquisa que um dia pode fazer isso acontecer.

p Por enquanto, Shahani e Glotzer estão trabalhando juntos para entender mais sobre defeitos quasicristais, incluindo como eles se formam, mover e evoluir.

p O artigo é intitulado "Formação de um único quasicrystal após a colisão de múltiplos grãos". A equipe de pesquisa também inclui o Laboratório Nacional de Brookhaven.