p Os humanos têm resfriado misturas de metal do líquido ao sólido há milhares de anos. Mas, surpreendentemente, não se sabe muito sobre exatamente o que acontece durante o processo de solidificação. Particularmente intrigante é a solidificação da eutética, que são misturas de duas ou mais fases sólidas. p Ashwin Shahani, professor assistente de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Michigan, está trabalhando para resolver o mistério da solidificação eutética, e sua pesquisa revelou um universo complexo e bonito de hastes em nanoescala, folhas e espirais que se formam espontaneamente no resfriamento de ligas metálicas.

p Sentamos recentemente para conversar com ele sobre seu último artigo, "Multi-Step Crystallization of Self-Organized Spiral Eutectics, "e como isso poderia levar a uma nova geração de ligas leves e produtos ópticos com propriedades superiores aos materiais monolíticos.

p O que o motivou a estudar a solidificação do metal?

p Acho que é um dos feitos mais notáveis ​​da natureza. Como esses padrões elaborados podem se formar espontaneamente a partir de um líquido desordenado? Por que a natureza escolhe um padrão ou configuração em vez de outro? Muito disso é apenas curiosidade inata e a alegria de compartilhar isso com meus alunos.

p Por que é importante entender como essas estruturas em nanoescala se formam?

p A estrutura em nanoescala de um material muda suas propriedades. Então, se pudermos entender por que uma determinada estrutura se forma, podemos projetar um processo de fabricação para recriá-lo, ou até mesmo alterá-lo para incluir propriedades específicas que desejamos. Podemos fazer materiais mais leves, ou mais forte, ou que dobre a luz de uma certa maneira, por exemplo.

p Para que esses novos materiais podem ser usados?

p Um material que dobra a luz de uma certa maneira pode ser usado para fazer um revestimento de invisibilidade. Você poderia projetar uma única folha de metal com propriedades que diferem ao longo de sua superfície - por exemplo, uma asa de avião que é mais forte em alguns lugares e mais leve em outros. Você poderia fazer componentes automotivos mais leves e mais econômicos. As possibilidades são quase infinitas.

p Por que não podemos fazer esses materiais usando os métodos de fabricação existentes?

p Nós podemos, mas é extremamente difícil e demorado. Se quisermos fabricar um padrão de espiral em nanoescala, por exemplo, temos que usar litografia para imprimir cada espiral minúscula. Isso não é prático para manufatura em grande escala. Mas e se você pudesse fazer com que essas espirais se montassem automaticamente apenas resfriando o líquido de maneira diferente ou alterando ligeiramente sua mistura de metais? Isso tornaria o processo muito mais rápido e escalável.

p Se os humanos têm usado a solidificação por tanto tempo, por que alguém ainda não descobriu isso?

p Porque no passado, esse tipo de pesquisa consistia em seccionar um material já solidificado e examiná-lo ao microscópio. E isso dá a você uma visão muito limitada de como ocorre a solidificação.

p Estamos usando uma combinação única de tecnologias de imagem multiescala e multimodal para criar uma imagem 3-D do que está acontecendo em tempo real durante o processo de solidificação. Envolve a combinação de várias técnicas de imagem diferentes que podem nos dar uma imagem coesa desde a escala de micrômetros até os átomos individuais.

p Quais são alguns dos desafios de combinar todas essas tecnologias?

p Um dos maiores desafios é que as imagens 3D de alta resolução usam muitos dados. Isso torna este um desafio de big data, bem como um desafio da ciência de materiais. Obviamente, apenas ter um alto nível de poder de computação é importante, mas também introduzimos algumas estratégias novas. Por exemplo, começamos a usar algoritmos de aprendizado de máquina para vasculhar nossos dados e encontrar coisas que sejam dignas de nota.

p Qual é a próxima etapa desta pesquisa?

p A maioria dos materiais de engenharia consiste não apenas em dois componentes, mas em um coquetel de elementos. Então agora, estamos examinando como a química afeta o processo de solidificação. Se eu adicionar uma pequena quantidade de outro metal à mistura fundida, como isso muda as estruturas em nanoescala que se formam? É mais um passo em direção à compreensão e, em última análise, ao controle dessas estruturas.