Explorando microestruturas para materiais de alto desempenho
uma , Padrões de XRD de cerâmicas a granel preparadas sob diferentes condições SPS. Em alguns padrões, os detalhes das regiões circuladas são mostrados com intensidade ampliada por um fator de 3. A inserção mostra o espaçamento entre camadas da cerâmica preparada em função da condição de síntese. b , Microestrutura da cerâmica sinterizada a 1.600 °C por 5 min, mostrando nanoplacas orientadas aleatoriamente. A inserção mostra o padrão SAED correspondente, com sinais de difração de hBN rotulados. Estão presentes halos e manchas extras de difração que não pertencem ao hBN. c , Imagem de contraste de fase diferencial de uma nanoplaca de borda mostrando nanofatias paralelas com cores diferentes, indicando uma estrutura laminada de nanoplacas BN com múltiplas nanofatias de BN empilhadas paralelamente. d , Imagem HAADF-STEM mostrando regiões alternadas de resolução listrada (I, III e V) e atômica (II e IV), evidenciando nanofatias de BN torcidas diferentemente em uma nanoplaca laminada. e , imagem TEM mostrando uma superrede moiré. A inserção mostra um padrão de transformada rápida de Fourier da região da caixa, onde o ângulo de rotação entre dois conjuntos de pontos de difração (marcados em vermelho e azul, respectivamente) é de 27,8°. Barras de escala, 400 nm (b ), 50 nm (c ), 4 nm (d ,e ), 5 nm
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(b ,é , inserção). Crédito:Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07036-5 Apenas nos primeiros meses de 2024, a revista Nature publicou dois artigos científicos em coautoria com Kun Luo, pesquisador associado de pós-doutorado em ciência e engenharia de materiais da Iowa State University.
“Minha pesquisa visa desvendar os mecanismos fundamentais que regem o comportamento de diversos materiais”, escreveu Ken Luo em uma breve biografia, “abrindo caminho para o desenvolvimento de materiais inovadores e de alto desempenho em vários setores”.
Luo tem formação em ciência experimental, estudando materiais superduros usando técnicas de física de alta pressão. Ele também tem experiência em simulações teóricas usando ferramentas de aprendizado de máquina para descobrir microestruturas em materiais.
“Ao longo da minha carreira, reconheci a importância da simulação teórica para explicar os mecanismos atômicos por trás do comportamento macroscópico dos materiais”, disse ele.
Na Iowa State, ele está trabalhando “para continuar explorando os mecanismos por trás dos comportamentos materiais”.
Para estas duas Natureza estudos (e outra Natureza artigo publicado em julho de 2022, do qual foi o primeiro autor, "Interfaces coerentes governam a transformação direta de grafite em diamante"), Luo usou as mesmas ferramentas e técnicas para contribuir com descobertas.
Ele começou com arranjos atômicos reais usando os melhores dados disponíveis de microscópio eletrônico, que forneciam imagens bidimensionais. Luo usou essas imagens para construir manualmente modelos atômicos tridimensionais com software de computador.
“Atualmente, os experimentos não podem observar a evolução dessas microestruturas in situ durante transições de fase, movimentos ou processos de deformação”, disse Luo. "Portanto, simulações computacionais eficazes podem nos fornecer uma base teórica sólida para descobrir os mecanismos por trás desses fenômenos, levando em última análise a conclusões convincentes."
Luo disse que o estudo descrito na Nature de 2022 artigo sobre a transformação direta do grafite em diamante resultou na descoberta de um novo material chamado Gradia, material que foi patenteado nos Estados Unidos.
Gradia tem propriedades mecânicas e elétricas – como superdureza e condutividade – que Luo disse que poderiam ser aplicadas a novas tecnologias.
Ele disse que a última Natureza artigo sobre materiais cerâmicos que podem ser modelados e moldados como metais podem ter aplicações como materiais estruturais resistentes ao calor ou isolantes.
Os modelos de estrutura atômica de Luo "são de fato ferramentas da ciência básica para descobrir novos materiais", disse ele, "e, ao mesmo tempo, abrem as portas para aplicações mais práticas".
Mais informações: Yongjun Tian, cerâmica de nitreto de boro de camada torcida com alta deformabilidade e resistência, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07036-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07036-5 Ke Tong et al, Transição estrutural e migração de fronteira dupla incoerente em diamante, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06908-6 www.nature.com/articles/s41586-023-06908-6
