Geralmente, as pessoas podem dizer se algo é áspero ou liso passando os dedos ao longo de sua superfície. Mas e as coisas que são muito pequenas ou muito grandes para passar o dedo? A terra parece lisa vista do espaço, mas alguém parado no sopé do Himalaia discordaria. Os cientistas medem as superfícies em diferentes escalas para levar em conta os diferentes tamanhos, mas essas escalas nem sempre concordam.

Uma nova pesquisa da Swanson School of Engineering da University of Pittsburgh mediu um revestimento de diamante ultranocristalino, valorizado por suas propriedades duras, mas suaves, e mostrou que é muito mais duro do que se acreditava anteriormente. Suas descobertas podem ajudar os pesquisadores a prever melhor como a topografia da superfície afeta as propriedades da superfície de materiais usados ​​em diversos ambientes, desde microcirurgia e motores a alojamentos de satélites ou espaçonaves.

"Uma medida importante da 'rugosidade' de uma superfície é sua inclinação média, isso é, quão íngreme é, "diz Tevis Jacobs, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Pitt. "Descobrimos que a superfície deste filme de nano-diamante parece totalmente diferente dependendo da escala que você está usando."

Dr. Jacobs e a pesquisa de sua equipe apareceram na revista American Chemical Society (ACS) Materiais e interfaces aplicados ACS . Eles fizeram mais de 100 medições do filme de diamante, combinando técnicas convencionais com uma nova abordagem baseada em microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados abrangeram escalas de tamanho de um centímetro até a escala atômica.

Dr. Jacobs explica, "A superfície do nanodiamante é lisa o suficiente para que você possa ver seu reflexo nela. No entanto, combinando todas as nossas medidas, incluindo nas menores escalas, mostramos que este material "liso" tem uma inclinação média de 50 graus. É mais íngreme do que os Alpes austríacos quando medido na escala de uma pegada humana (39 graus). "

"Usando microscopia eletrônica, fomos capazes de obter o menor final da faixa de medição; não podemos nem mesmo definir a topografia abaixo da escala atômica, "diz o Dr. Jacobs." Então, combinando todas as escalas, fomos capazes de nos livrar do problema de desvio da rugosidade entre as escalas. Podemos calcular parâmetros de rugosidade invariáveis ​​de escala 'verdadeiros'. "

"Há cem anos sabemos que a rugosidade da superfície controla as propriedades da superfície. O elo que faltava é que não fomos capazes de quantificar seu efeito. Por exemplo, em aplicações biomédicas, diferentes investigações chegaram a conclusões opostas sobre se a rugosidade promove ou degrada a adesão celular. Acreditamos que essa nova compreensão da rugosidade entre escalas abrirá a porta para finalmente resolver esse antigo quebra-cabeça na análise de superfície. "

O objetivo final é ter modelos preditivos de como a rugosidade determina os atributos da superfície, como adesão, fricção ou condução de calor ou eletricidade. A descoberta do Dr. Jacobs é o primeiro passo para uma subida, e muito íngreme, batalha para criar e validar esses modelos.

"Atualmente, estamos fazendo medições de propriedades deste material de nanodiamante e de muitas outras superfícies para aplicar modelos mecânicos para vincular topografia e propriedades, "diz ele." Ao encontrar as escalas ou a combinação de escalas que mais importam para uma determinada aplicação, podemos estabelecer quais técnicas de acabamento de superfície alcançarão os melhores resultados, reduzindo a necessidade de uma abordagem de tentativa e erro cara e demorada. "