Deformações em nanoescala podem impactar os experimentos de alta precisão, como o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser Avançado (LIGO)

Um estudante de graduação da Caltech mostrou que os materiais podem sofrer deformação inelástica antes de ceder, que pode impactar o design de materiais, levando a estruturas mais fortes e mais resistentes.

Xiaouye Ni, que estuda ciência de materiais no laboratório de Julia R. Greer, um professor Caltech de ciência dos materiais e mecânica, mostrou que os metais sofrem deformação permanente mesmo antes de ceder - o limite no qual um material sob tensão torna-se permanentemente deformado.

Por exemplo, pegue uma régua de metal e dobre-a um pouco. Quando você deixa ir, ele voltará à sua forma original. Mas se você pegar a mesma régua e dobrá-la o mais forte que puder, chegará a um ponto conhecido como ponto de escoamento, onde ficará permanentemente dobrado.

Na ciência dos materiais, o fenômeno de cedência é explicado da seguinte forma:

Quando você deforma um material abaixo de seu ponto de escoamento, você está apenas temporariamente esticando as ligações entre seus átomos. Não há nenhuma mudança permanente acontecendo na estrutura de nível atômico do material e a deformação é completamente recuperável e instantânea. Esse alongamento temporário é chamado de deformação elástica.

Deforme um metal além de seu ponto de escoamento e você causa o movimento de defeitos de linha preexistentes conhecidos como deslocamentos, que contribuem para a deformação permanente. Os deslocamentos se movem através da rede de cristal, criando mais deslocamentos conforme eles vão e emaranhados uns nos outros. O movimento desse deslocamento resulta em deformação plástica permanente.

O ponto de rendimento é geralmente considerado um fenômeno discreto, ou seja, os deslocamentos começam a se mover quando um material é tensionado além de seu ponto de escoamento. Contudo, Os dados de Ni mostram que existem em um nível atômico, mudanças irreversíveis na estrutura de um material assim que um material começa a deformar, muito antes de atingir seu ponto de rendimento.

"Todos os cientistas de materiais e todos os livros didáticos do mundo dirão que, quando você deforma qualquer material, pode ser um metal, Madeira, qualquer tipo de tecido, qualquer coisa - a primeira coisa que ocorre é a deformação elástica que se recupera instantaneamente, "Greer diz." É a crença mais fundamental em que quase todos os cursos de ciências mecânicas e de materiais dependem. "

Para explorar o que estava acontecendo em um material sob tensão, Xiaouye fabricou pilares de cobre com 500 nanômetros de largura (um cabelo humano é 200 vezes mais espesso) e os pressionou com um estilete de diamante.

A caneta aplicou quantidades fixas de pressão abaixo do ponto de escoamento do cobre e então oscilou ligeiramente para cima e para baixo.

O que ela descobriu foi que depois de ser submetida a essas oscilações, os pilares demoraram a retornar ao original, forma indeformada.

"Se a deformação fosse puramente elástica, isso não aconteceria porque se recuperaria instantaneamente, "Xiaouye diz.

A reação lenta mostrou que os pilares desenvolveram uma resistência interna, uma marca registrada da deformação inelástica.

"O que os dados de Xiaouye mostram é que desde o primeiro momento você começa a deformá-lo, os deslocamentos começam a ser ativos, "Greer diz. Agora que sabemos como fazer isso, podemos sondar uma variedade de diferentes classes de materiais.

Xiaouye diz que a descoberta provavelmente encontrará aplicações em muitos campos de estudo. "Você pode realmente usar essa assinatura para ver o quão perto está do ponto de falha catastrófica, "Xiaouye diz. Além disso, para experimentos de alta precisão, como o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro de Laser Avançado (LIGO) - que detectou ondas gravitacionais pela primeira vez em 2016 - até mesmo deslocamentos em nanoescala podem criar um ruído que é imperativo entender e remover.

O estudo, "Sondando Microplasticidade em Cristais FCC de Pequena Escala via Análise Mecânica Dinâmica, "apareceu na edição de 14 de abril da Cartas de revisão física .