p Materiais avançados são ingredientes vitais em produtos nos quais confiamos, como baterias, lâminas de motor a jato, Componentes impressos em 3D em carros. Cientistas e engenheiros usam informações sobre a estrutura e o movimento dos átomos nesses materiais para projetar componentes que tornam esses produtos mais confiáveis, eficiente e seguro de usar. p Hoje, há limites para o quanto os cientistas podem ver em escalas atômicas nesses materiais - especialmente enquanto eles estão em uso, e isso torna muito mais difícil projetar novos componentes que são exponencialmente melhores do que os que temos hoje.

p Para fornecer os dados necessários para melhorar esses produtos, uma equipe de engenheiros e cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia desenvolveu uma nova técnica de difração baseada em pinhole que eles chamam de PIND. Em um artigo publicado em Cartas de Física Aplicada , eles provaram que é possível melhorar drasticamente a ampliação e a resolução de estruturas nas profundezas dos componentes projetados com difração de pinhole.

p "Em uma primeira vez para difração de nêutrons de tempo de vôo no instrumento VULCAN, fomos capazes de aumentar a resolução em aproximadamente uma ordem de magnitude com um furo de alfinete, "disse Ke An, um cientista de instrumentos ORNL.

p O conceito é simples. Assim como os microscópios usam lentes para focar a luz e ampliar um objeto, um orifício ou fenda perfeitamente posicionado pode focalizar os nêutrons que se espalham por uma amostra à medida que passam por ela. Esta pequena adição ao instrumento VULCAN na Spallation Neutron Source (SNS) do ORNL, juntamente com a adição de um novo e melhorado detector de hélio-3, aumentou a resolução espacial do instrumento em oito vezes:de 2, 000 mícrons (µm), aproximadamente a espessura de um macarrão espaguete, a aproximadamente 250 µm, que tem aproximadamente o comprimento de 30 células sanguíneas em linha reta.

p "Não apenas provamos que é possível melhorar drasticamente a resolução dos difratômetros de nêutrons com um orifício, mas acreditamos que pode ser possível melhorar ainda mais a resolução para cerca de 100 µm com detectores futuros, "disse Alexandru D. Stoica, um cientista de instrumentos ORNL. "Aumentos na resolução como esse são empolgantes porque abrem novas possibilidades para estudos científicos de materiais avançados."

p Ao contrário dos raios-x, nêutrons são altamente penetrantes e não destrutivos. Isso os torna uma sonda ideal para o estudo de materiais impressos em 3D e de engenharia avançada, em tempo real sob condições de operação realistas. A capacidade do VULCAN de tirar vantagem dessas propriedades especiais o torna uma excelente ferramenta para estudar mudanças na estrutura molecular; muda de um estado para outro, como de um sólido para um líquido (uma transformação de fase); tensões internas causadas quando a força é aplicada a um objeto; e textura em materiais de engenharia. A equipe de pesquisa do ORNL usou o VULCAN para estudar o último em aço de baixo carbono soldado com um enchimento de metal de níquel.

p "Com esta nova técnica de difração de nêutrons, pudemos ver a distribuição de grupos completos de cristais - todos apontando na mesma direção - com mais detalhes do que nunca e sem danificá-los no processo, "Disse An." Também pudemos ver como os diferentes grupos de cristais mudavam sua orientação em tempo real quando a força era aplicada à solda. "

p O projeto foi apoiado pela bolsa do ORNL Laboratory Directed Research and Development (LDRD). Além de Stoica e An, Wei Wu do ORNL, Kevin Berry, Matthew Frost e Harley Skorpenske contribuíram para o projeto.

p "Seguindo em frente, estamos estabelecendo planos para substituir todos os detectores da VULCAN pelo novo e aprimorado detector e concluir mais pesquisas para ver o quanto podemos melhorar ainda mais a resolução em difratômetros de nêutrons com a técnica PIND, "Um disse.