p (Phys.org) —O crescimento é um fenômeno onipresente em plantas e animais. Mas também ocorre naturalmente em produtos químicos, metais e outros materiais inorgânicos. Esse fato tem, por décadas, representou um grande desafio para cientistas e engenheiros, porque controlar o crescimento dentro dos materiais é fundamental para a criação de produtos com propriedades físicas uniformes para que possam ser usados ​​como componentes de máquinas e dispositivos eletrônicos. O desafio tem sido particularmente incômodo quando os blocos de construção moleculares dos materiais crescem rapidamente ou são processados ​​em condições adversas, como altas temperaturas. p Agora, uma equipe liderada por pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UCLA Henry Samueli desenvolveu um novo processo para controlar o crescimento molecular dentro dos componentes do "bloco de construção" de materiais inorgânicos. O método, que usa nanopartículas para organizar os componentes durante uma fase crítica do processo de fabricação, pode levar a novos materiais inovadores, como rolamentos autolubrificantes para motores, e poderia tornar viável sua produção em massa.

p O estudo foi publicado em 9 de maio na revista Nature Communications .

p Xiaochun Li, A cadeira Raytheon da UCLA em Engenharia de Manufatura e o principal investigador da pesquisa, comparou o novo processo com a criação das melhores condições para as plantas crescerem em um jardim.

p "Na natureza, algumas sementes brotam mais cedo do que outras e as plantas ficam maiores, impedindo que os brotos próximos cresçam, bloqueando seu acesso aos nutrientes ou luz do sol, "disse Li, que também é professor de engenharia mecânica e aeroespacial. "Mas se as plantas anteriores estão em uma dieta controlada que limita seu crescimento, as outras plantas terão uma chance melhor de serem saudáveis ​​- maximizando o rendimento do jardim.

p "Estamos fazendo isso em nanoescala, controlar o crescimento no nível atômico por meio do bloqueio físico de agentes de crescimento para obter materiais de alto desempenho com uniformidade e outras propriedades desejadas. É como um controle de dieta atômica para síntese de materiais. "

p O método usa nanopartículas de automontagem que controlam de forma rápida e eficaz os blocos de construção dos materiais à medida que se formam durante o resfriamento - ou crescimento - estágio do processo de fabricação. As nanopartículas são feitas de materiais termodinamicamente estáveis ​​(como carbonitreto de titânio cerâmico) e são adicionadas e dispersas usando um método de dispersão ultrassônica. As nanopartículas se montam espontaneamente como um revestimento fino, bloqueando significativamente a difusão dos materiais.

p A técnica é eficaz para materiais inorgânicos e orgânicos.

p Em seu estudo, pesquisadores demonstraram que o método pode ser usado para ligas de bismuto de alumínio. Normalmente, alumínio e bismuto - como óleo e água - não podem ser completamente misturados. Embora eles possam ser temporariamente combinados sob alta temperatura, os elementos se separam quando a mistura é resfriada, resultando em uma liga com propriedades irregulares. Mas, usando o processo controlado por nanopartículas, a equipe liderada pela UCLA criou uma liga de alumínio-bismuto uniforme e de alto desempenho.

p "Estamos controlando a nucleação e o crescimento durante o processo de solidificação para obter microestruturas uniformes e de tamanho fino, "disse Lianyi Chen, o principal autor do estudo e um pós-doutorado em engenharia mecânica e aeroespacial. “Com incorporação de nanopartículas, a liga de alumínio-bismuto exibe um desempenho 10 vezes melhor em termos de redução do atrito, que pode ser usado para fazer motores com eficiência energética significativamente melhorada. "

p Li disse que a nova abordagem será útil em uma ampla gama de aplicações, possivelmente incluindo esforços para limitar o crescimento de células cancerosas.

p Outros contribuintes da pesquisa incluem Jiaquan Xu, um estudante de graduação em engenharia da UCLA; Hongseok Choi e Hiromi Konishi, ex-bolsistas de pós-doutorado orientados por Li enquanto ele fazia parte do corpo docente da University of Wisconsin - Madison; e Song Jin, professor de química em Wisconsin.