p Cientistas da Rice University determinaram que não importa quão grande ou pequeno seja um pedaço de tobermorite, ele responderá às forças de carregamento exatamente da mesma maneira. Mas cutucá-lo com uma ponta afiada mudará sua força. p Tobermorite é um análogo cristalino de ocorrência natural ao cálcio-silicato-hidrato (C-S-H) que compõe o cimento, que por sua vez liga o concreto, o material mais usado do mundo. Acredita-se que uma forma de tobermorita usada pelos antigos romanos seja a chave para a lendária resistência de suas estruturas de concreto submarinas.

p O material em camadas finas se deformará de maneiras diferentes, dependendo de como as forças padrão - cisalhamento, compressão e tensão - são aplicadas, mas a deformação será consistente entre os tamanhos de amostra, de acordo com o cientista de materiais do arroz Rouzbeh Shahsavari. Ele conduziu a pesquisa, que aparece em Natureza de acesso aberto Relatórios Científicos , com o autor principal e aluno de pós-graduação Lei Tao.

p Para sua última pesquisa, Shahsavari e Tao construíram modelos de dinâmica molecular do material. Suas simulações revelaram três mecanismos moleculares principais em ação na tobermorita que também são provavelmente responsáveis ​​pela resistência do C-S-H e de outros materiais em camadas. Um é um mecanismo de deslocamento no qual os átomos sob estresse se movem coletivamente enquanto tentam permanecer em equilíbrio. Outro é um mecanismo difusivo no qual os átomos se movem de forma mais caótica. Eles descobriram que o material mantém sua integridade estrutural melhor sob cisalhamento, e menos sob compressão e, em seguida, carga de tração.

p Mais interessante para os pesquisadores foi o terceiro mecanismo, pelo qual as ligações entre as camadas foram formadas ao pressionar um nanoindentador no material. Um nanoindentador é um dispositivo (simulado neste caso) usado para testar a dureza de volumes muito pequenos de materiais. A alta tensão no ponto de indentação induziu transformações de fase locais nas quais a estrutura cristalina do material se deformou e criou fortes ligações entre as camadas, um fenômeno não observado sob forças padrão. A força da ligação dependia da quantidade de força e, ao contrário dos estressores da macroescala, o tamanho da ponta.

p "Há um estresse significativo logo abaixo da pequena ponta do nanoindentador, "Shahsavari disse." Isso conecta as camadas vizinhas. Depois de remover a ponta, a estrutura não volta à configuração original. Isso é importante:essas transformações são irreversíveis.

p "Além de fornecer uma compreensão fundamental sobre os principais mecanismos de deformação, este trabalho revela a verdadeira resposta mecânica do sistema sob pequenas cargas localizadas (versus convencionais), como nanoindentação, "disse ele." Se mudar o tamanho da ponta (e, portanto, a topologia interna) vai alterar a mecânica - por exemplo, tornar o material mais resistente - então, pode-se usar esse recurso para projetar melhor o sistema para cargas localizadas específicas. "

p Shahsavari é professor assistente de engenharia civil e ambiental e de ciência dos materiais e nanoengenharia.