Os pesquisadores da Johns Hopkins descobriram que, sob as condições certas, materiais nanocristalinos recém-desenvolvidos exibem atividade surpreendente nos pequenos espaços entre os aglomerados geométricos de átomos chamados nanocristais dos quais são feitos.

Esta descoberta, detalhado recentemente no jornal Ciência , é importante porque esses nanomateriais estão se tornando mais onipresentes na fabricação de microdispositivos e circuitos integrados. O movimento no reino atômico pode afetar as propriedades mecânicas desses materiais futuristas - tornando-os mais flexíveis e menos frágeis - e pode alterar a vida útil do material.

"À medida que fabricamos dispositivos cada vez menores, temos usado mais materiais nanocristalinos com cristalitos muito menores - o que os cientistas chamam de grãos - e acredita-se que sejam muito mais fortes, "disse Kevin Hemker, professor e catedrático de Engenharia Mecânica na Johns Hopkins 'Whiting School of Engineering e autor sênior do Ciência artigo. "Mas temos que entender mais sobre como esses novos tipos de componentes de metal e cerâmica se comportam, em comparação com os materiais tradicionais. Como podemos prever sua confiabilidade? Como esses materiais podem se deformar quando são submetidos a tensões? "

Os experimentos conduzidos por um ex-assistente de iniciação científica e supervisionados por Hemker se concentraram no que acontece em regiões chamadas de limites de grãos. Um grão ou cristalito é um minúsculo aglomerado de átomos dispostos em um padrão tridimensional ordenado. O espaço irregular ou interface entre dois grãos com orientações geométricas diferentes é chamado de limite de grão. Os limites do grão podem contribuir para a resistência de um material e ajudá-lo a resistir à deformação plástica, uma mudança permanente de forma. Acredita-se que os nanomateriais sejam mais fortes do que os metais e cerâmicas tradicionais porque possuem grãos menores e, como resultado, têm mais limites de grãos.

A maioria dos cientistas aprendeu que esses limites de grãos não se movem, uma característica que ajuda o material a resistir à deformação. Mas quando Hemker e seus colegas realizaram experimentos em filmes finos de alumínio nanocristalino, aplicar um tipo de força chamada tensão de cisalhamento, eles encontraram um resultado inesperado. “Vimos que os grãos ficaram maiores, que só pode ocorrer se os limites se moverem, " ele disse, "e a parte mais surpreendente de nossa observação foi que foi a tensão de cisalhamento que causou o movimento dos limites."

"A visão original, "Hemker disse, "era que esses limites eram como as paredes de uma casa. As paredes e os cômodos que eles criam não mudam de tamanho; a única atividade é feita por pessoas se movendo dentro do cômodo. Mas nossos experimentos mostraram que, nesses nanomateriais, quando você aplica um determinado tipo de força, os quartos mudam de tamanho porque as paredes realmente se movem. "

A descoberta tem implicações para quem usa filmes finos e outros nanomateriais para fazer circuitos integrados e sistemas microeletromecânicos, comumente chamado de MEMS. O movimento de fronteira mostrado por Hemker e seus colegas significa que os nanomateriais usados ​​nesses produtos provavelmente possuem mais plasticidade, maior confiabilidade e menos fragilidade, mas também reduziu a força.

"À medida que avançamos para fazer coisas em tamanhos muito menores, precisamos levar em consideração como a atividade em nível atômico afeta as propriedades mecânicas do material, "Hemker disse." Este conhecimento pode ajudar os fabricantes de microdispositivos a decidir sobre o tamanho adequado para seus componentes e pode levar a melhores previsões sobre quanto tempo seus produtos irão durar.