p (Phys.org) - Os nanocristais como revestimentos de proteção para turbinas a gás e motores a jato avançados estão recebendo muita atenção por suas muitas propriedades mecânicas vantajosas, incluindo sua resistência ao estresse. Contudo, ao contrário das simulações de computador, o tamanho minúsculo dos nanocristais aparentemente não os protege de defeitos. p Em um estudo realizado por pesquisadores com o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE) (Berkeley Lab) e colaboradores de várias instituições, nanocristais de níquel submetidos a alta pressão continuaram a sofrer deformação plástica mediada por deslocamento, mesmo quando os cristais tinham apenas três nanômetros de tamanho. Essas descobertas experimentais, que foram realizadas no Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS), uma fonte importante de raios-X e luz ultravioleta para pesquisas científicas, mostram que deslocamentos podem se formar nos melhores nanocristais quando o estresse é aplicado.

p "Não podemos ignorar ou subestimar o papel dos deslocamentos - defeitos ou irregularidades - em nanocristais finos, pois o estresse externo pode mudar todo o quadro, "diz Bin Chen, um cientista de materiais do Grupo de Sistemas Experimentais ALS que liderou esta pesquisa. "Nossos resultados demonstram que a deformação mediada por deslocamento persiste em tamanhos de cristal menores do que o previsto, principalmente porque os modelos de computador não deram suficiente consideração aos efeitos do estresse externo e limites de grão. "

p Chen é o autor principal e correspondente de um artigo em Ciência descrevendo este trabalho. O artigo é intitulado "Textura do Níquel Nanocristalino:Sondando o Limite de Tamanho Inferior da Atividade de Deslocamento". A co-autora deste artigo foi Katie Lutker, Selva Vennila Raju, Jinyuan Yan, Waruntorn Kanitpanyacharoen, Jialin Lei, Shizhong Yang, Hans-Rudolf Wenk, Ho-kwang Mao e Quentin Williams.

p A deformação plástica é uma mudança permanente na forma ou no tamanho de um material como resultado de uma tensão aplicada. A probabilidade de deformação plástica aumenta com a presença de deslocamentos - defeitos ou irregularidades - na estrutura do material. A maioria dos materiais é composta de pequenos cristais, chamado de "grãos, "e o que acontece nos limites entre esses grãos é fundamental para as propriedades do material. Com base em simulações de computador e análise de microscopia eletrônica, acredita-se que a deformação plástica mediada por deslocamento torna-se inativa abaixo de um tamanho de grão de pelo menos 10 nanômetros, e possivelmente tão grande quanto 30 nanômetros.

p "A ideia era que abaixo de uma escala crítica de comprimento, a atividade de deformação mediada por deslocamento daria lugar ao deslizamento do limite de grão, difusão, e rotação de grãos, "Diz Chen." No entanto, havia muitas questões não resolvidas com relação a se a plasticidade em grãos nanocristalinos ultrafinos ainda poderia ser gerada por deslocamentos e como a pressão pode afetar os regimes deformacionais. "

p Para investigar os efeitos do tamanho do grão e da pressão na deformação plástica dos nanometais, Chen e seus colegas usaram o ALS Beamline 12.2.2, uma linha de luz magnética de dobra supercondutora que suporta experimentos de difração de raios-X de célula de diamante-bigorna radial. Chen e seus co-autores registraram observações in situ sob uma gama de altas pressões de texturização (quando os grãos cristalinos têm orientações preferenciais) em amostras de níquel policristalino estressado com tamanhos de grão de 500-, 20 e 3 nanômetros.

p "Texturização substancial foi observada em pressões acima de 3,0 gigapascais para níquel com tamanho de grão de 500 nanômetros e em mais de 11,0 gigapascais para níquel com tamanho de grão de 20 nanômetros, "Diz Chen." Surpreendentemente, texturização também foi observada no níquel com tamanho de grão de 3 nanômetros quando comprimido acima de 18,5 gigapascais. Isso nos diz que sob altas pressões externas, a atividade de deslocamento pode ser estendida a uma escala de alguns nanômetros. "

p Chen e seus co-autores começaram com o níquel nanocristalino porque sua estrutura cúbica no centro da face permanece estável sob uma ampla faixa de pressão. Eles agora estão aplicando suas técnicas ao estudo de outros materiais nanocristalinos, metais e não metais.