Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego descobriram como as rachaduras podem ser inibidas de se formar e se propagar através de superfícies sólidas de aeronaves e dispositivos eletrônicos.

A equipe, liderada pelo professor de nanoengenharia Michael Demkowicz, publicou suas descobertas em 10 de outubro de 2022 na revista Nature Materials.

"Se compreendermos as origens da fratura mecânica, poderemos projetar maneiras de impedir a falha ainda no início", disse Demkowicz.

Demkowicz e seus colaboradores investigaram como as fraturas começam em defeitos cristalinos em nanoescala em superfícies sólidas. Uma vez iniciadas, essas fissuras podem crescer com pouca ou nenhuma força aplicada ao material, tornando os dispositivos inúteis ou mesmo perigosos.

A equipe observou que o processo de fratura no defeito do cristal é altamente dinâmico – envolvendo mudanças na ligação atômica subjacente. Eles fizeram observações com um microscópio de tunelamento de varredura de última geração que combina capacidades criogênicas de baixa temperatura, deformação mecânica e uma capacidade única de sondar mudanças na estrutura eletrônica do material em escala atômica.

"Nossa sonda de varredura combina uma série de métodos experimentais para monitorar o comportamento mecânico e fenômenos eletrônicos em nanoescala sob condições extremas, o que antes era impossível", disse Demkowicz.

Através da visualização direta do comportamento da fratura e das propriedades eletrônicas, a equipe vinculou os processos de fratura à natureza quântica da estrutura atômica subjacente.

Ao alterar quimicamente as ligações na ponta da trinca em nanoescala, a equipe poderia suprimir a propagação da trinca, melhorando assim a tenacidade do material.

Os pesquisadores sugerem que os resultados podem fornecer novas direções para o projeto e desenvolvimento de materiais e dispositivos mecanicamente robustos usados ​​em uma ampla gama de aplicações, desde aeronaves até implantes biomédicos e dispositivos eletrônicos.

"Esta descoberta destaca o fato de que as origens da fratura são altamente dinâmicas e nos permite prever rotas para materiais de engenharia e geometrias de dispositivos que sejam resistentes a falhas", disse Demkowicz.

Referência :
Kaitlin O’Brien, Benjamin J. McEnaney, Michael J. Cawkwell, James Ciston e Michael J. Demkowicz, “Supressão de fratura em nanoescala pelo controle químico da estrutura eletrônica da ponta da rachadura”, Nature Materials (10 de outubro de 2022). DOI:10.1038/s41563-022-01334-0.