Os pesquisadores descobriram que um revestimento protetor de óxido sólido para metais pode, quando aplicado em camadas suficientemente finas, deformar como se fosse um líquido, preenchendo quaisquer rachaduras e lacunas à medida que se formam.

A fina camada de revestimento deve ser especialmente útil para evitar o vazamento de moléculas minúsculas que podem penetrar na maioria dos materiais, como o gás hidrogênio, que poderia ser usado para alimentar carros com células de combustível, ou o trítio radioativo (uma forma pesada de hidrogênio) que se forma dentro dos núcleos das usinas nucleares.

A maioria dos metais, com a notável exceção do ouro, tendem a oxidar quando expostos ao ar e à água. Esta reação, que produz ferrugem no ferro, manchar em prata, e verdete em cobre ou latão, pode enfraquecer o metal com o tempo e levar a rachaduras ou falha estrutural. Mas existem três elementos conhecidos que produzem um óxido que pode realmente servir como uma barreira protetora para evitar qualquer oxidação posterior:óxido de alumínio, óxido de cromo, e dióxido de silício.

Ju Li, professor de engenharia nuclear e ciência do MIT e autor sênior de um artigo que descreve a nova descoberta, diz "estávamos tentando entender por que o óxido de alumínio e o dióxido de silício são óxidos especiais que oferecem excelente resistência à corrosão." O papel aparece no jornal Nano Letras .

O time, liderado pelo estudante de pós-graduação do MIT Yang Yang, usaram instrumentos altamente especializados para observar em detalhes a superfície dos metais revestidos com esses óxidos "especiais" para ver o que acontece quando eles são expostos a um ambiente de oxigênio e colocados sob estresse. Embora a maioria dos microscópios eletrônicos de transmissão (TEMs) exija que as amostras sejam estudadas em alto vácuo, a equipe usou uma versão modificada chamada TEM ambiental (E-TEM) que permite que a amostra seja estudada na presença de gases ou líquidos de interesse. O dispositivo foi usado para estudar o processo que pode levar a um tipo de falha conhecido como corrosão sob tensão.

Metais sob estresse de pressão dentro de um vaso de reator e expostos a um ambiente de vapor superaquecido podem corroer rapidamente se não forem protegidos. Mesmo com uma camada protetora sólida, podem se formar rachaduras que permitem que o oxigênio penetre na superfície de metal descoberto, onde pode então penetrar nas interfaces entre os grãos de metal que compõem um material de metal a granel, causando mais corrosão que pode penetrar mais profundamente e levar à falha estrutural. "Queremos um óxido semelhante a líquido e resistente a rachaduras, "Yang diz.

Acontece que o antigo material de revestimento em espera, óxido de aluminio, pode ter apenas aquele comportamento de fluxo líquido, mesmo em temperatura ambiente, se for feito em uma camada fina o suficiente, cerca de 2 a 3 nanômetros (bilionésimos de metro) de espessura.

"Tradicionalmente, as pessoas pensam que o óxido de metal seria quebradiço "e sujeito a rachaduras, Yang diz, explicando que ninguém havia demonstrado o contrário porque é muito difícil observar o comportamento do material em condições realistas. É onde a configuração especializada E-TEM no Laboratório Nacional de Brookhaven, um de apenas cerca de 10 desses dispositivos no mundo, entrou em jogo. "Ninguém nunca tinha observado como ele se deforma à temperatura ambiente, "Yang diz.

"Pela primeira vez, observamos isso em resolução quase atômica, "diz Li. Esta abordagem demonstrou que uma camada de óxido de alumínio, normalmente tão frágil que quebraria sob estresse, quando feito excessivamente fino, é quase tão deformável quanto uma camada comparativamente fina de metal alumínio - uma camada muito mais fina do que a folha de alumínio. Quando o óxido de alumínio é revestido sobre a superfície de uma peça a granel de alumínio, o fluxo líquido "mantém o alumínio coberto" com sua camada protetora, Relatórios de Li.

Os pesquisadores demonstraram dentro do E-TEM que o alumínio com seu revestimento de óxido pode ser esticado para mais do que o dobro de seu comprimento sem causar rachaduras, Li diz. O óxido "forma uma camada conformada muito uniforme que protege a superfície, sem limites de grãos ou rachaduras, "mesmo sob a tensão desse alongamento, ele diz. Tecnicamente, o material é uma espécie de vidro, mas ele se move como um líquido e cobre totalmente a superfície, desde que seja fino o suficiente.

"As pessoas não podem imaginar que um óxido de metal pode ser dúctil, "Yang diz, referindo-se à capacidade de um metal ser deformado, como ser esticado em um fio fino. Por exemplo, safira é uma forma exatamente do mesmo material, óxido de aluminio, mas sua forma cristalina volumosa o torna um material muito forte, mas frágil.

O revestimento de autocura pode ter muitas aplicações potenciais, Li diz, notando a vantagem de ser suave, superfície contínua sem rachaduras ou limites de grãos que possam penetrar no material.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.