(PhysOrg.com) - Cientistas de materiais sabem que a força (ou fraqueza) de um metal é governada por interações de deslocamento, uma troca confusa de linhas de falha que se cruzam e se movem ou ondulam dentro de cristais metálicos. Mas o que acontece quando os metais são projetados em nanoescala? Existe uma maneira de tornar os metais mais fortes e dúcteis manipulando suas nanoestruturas?

Os cientistas da Brown University podem ter descoberto uma maneira. Em um artigo publicado em Natureza , Huajian Gao e pesquisadores da Universidade do Alabama e China relatam um novo mecanismo que rege a força de pico de metais nanoestruturados. Ao realizar simulações atômicas 3-D de grãos divididos de metais nanoestruturados, Gao e sua equipe observaram que os deslocamentos se organizam de forma altamente ordenada, padrões em forma de colar em todo o material. A nucleação deste padrão de deslocamento é o que determina o pico de resistência dos materiais, relatam os pesquisadores.

A descoberta pode abrir a porta para uma produção mais forte, metais mais dúcteis, disse Gao, professor de engenharia na Brown. "Esta é uma nova teoria que rege a força na ciência dos materiais, "Ele acrescentou." Seu significado é que ele revela um novo mecanismo de resistência do material que é exclusivo para materiais nanoestruturados.

Divida um grão de metal usando uma técnica especializada, e os pedaços podem revelar limites dentro do grão que os cientistas chamam de limites gêmeos. Geralmente são planos, superfícies de cristal que refletem as orientações do cristal através delas. Os autores chineses criaram limites nanotwinned em cobre e estavam analisando o espaço entre os limites quando fizeram uma observação interessante:O cobre ficou mais forte à medida que o espaço entre os limites diminuiu de 100 nanômetros, finalmente atingindo um pico de força em 15 nanômetros. Contudo, conforme o espaçamento diminuiu de 15 nanômetros, o metal ficou mais fraco.

"Isso é muito intrigante, "Disse Gao.

Então, Xiaoyan Li, estudante de graduação de Gao e Brown, foi um pouco mais longe. Os cientistas de Brown reproduziram o experimento de seus colaboradores em simulações de computador envolvendo 140 milhões de átomos. Eles usaram um supercomputador no Instituto Nacional de Ciências Computacionais do Tennessee, o que lhes permitiu analisar as fronteiras gêmeas na escala atômica. Para sua surpresa, eles viram um fenômeno inteiramente novo:um padrão de deslocamento altamente ordenado, controlado por nucleação, assumiu o controle e ditou a resistência do cobre. O padrão foi caracterizado por grupos de átomos perto do núcleo de deslocamento e montados em alta ordem, padrões semelhantes a colar.

"Eles não estão atrapalhando. Eles são muito organizados, "Disse Gao.

Dos experimentos e modelagem computacional, os pesquisadores teorizam que, em nanoescala, a nucleação de deslocamento pode se tornar o princípio governante para determinar a resistência ou fraqueza de um metal. Os autores apresentaram uma nova equação no artigo da Nature para descrever o princípio.

"Nosso trabalho fornece um exemplo concreto de um mecanismo de deformação controlada por fonte em materiais nanoestruturados pela primeira vez e, Como tal, pode-se esperar que tenha um impacto profundo no campo da ciência dos materiais, "Disse Gao.