p Os limites dos grãos são um dos defeitos mais proeminentes em materiais de engenharia que separam diferentes cristalitos, que determinam sua força, resistência à corrosão e falha. Tipicamente, essas interfaces são consideradas defeitos quase bidimensionais e controlar suas propriedades continua sendo uma das tarefas mais desafiadoras na engenharia de materiais. Contudo, mais de 50 anos atrás, o conceito de que os limites dos grãos podem sofrer transformações de fase foi estabelecido por conceitos termodinâmicos, mas eles não foram considerados, uma vez que não podiam ser observados. Dr. Christian Liebscher, chefe do grupo "Microscopia Eletrônica de Transmissão Avançada" e membros de sua equipe no Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), agora encontrou uma maneira de observar diretamente as transições de limite de grão experimentalmente. Com colegas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), NÓS., que modelou as transformações de limite de grão, os pesquisadores publicaram suas descobertas recentes em Natureza . p Seus resultados são surpreendentes:"A busca por transformações congruentes tem todos os aspectos de uma busca por uma agulha em um palheiro dimensional 6 + C, "diz John W. Cahn, cientista de materiais e especialista em termodinâmica. A equipe até encontrou duas dessas "agulhas". A chave era utilizar os microscópios de resolução atômica no MPIE para visualizar diretamente as interfaces de transformação.

p "Não esperávamos ver transformações de fase de contorno de grão, mas nossos resultados mostram claramente que dois motivos de contorno de grão coexistem com diferentes arranjos atômicos. a orientação do plano de contorno do grão, a desorientação do cristalito e a composição química não mudam. Por meio dessas observações, temos que repensar como as interfaces se comportam ao expor um material à temperatura e / ou estresse, "explica Liebscher.

p Ele e seus colegas analisaram filmes finos de cobre puro, particularmente por microscopia eletrônica de transmissão com resolução atômica. Por aqui, eles desbloquearam as fases de contorno de grão e comprovaram sua coexistência com precisão atômica. As fases podem ser atomisticamente descritas como motivos com estrutura em formato de pérola e dominó (ver Fig. 1). Dr. Timofey Frolov e Dr. Robert Rudd, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, modelou as fases de contorno de grão. Eles usaram um novo algoritmo de pesquisa de estrutura de contorno de grão, que é capaz de encontrar as estruturas observadas experimentalmente. Além disso, suas simulações de dinâmica molecular em temperatura finita exploram a cinética de transformação. As estruturas previstas não apenas se assemelham perfeitamente às observações experimentais, mas demonstre que as fases de contorno do grão podem se transformar umas nas outras mudando a temperatura ou o estresse. Adicionalmente, as simulações indicam que a junção de fase de contorno de grão, um novo defeito de linha que não foi considerado anteriormente, é o controle de taxa.

p "Descobrimos por modelagem que a velocidade da transformação depende em grande parte da migração da junção de fase. Leva apenas algumas dezenas de nanossegundos no caso de um defeito curto para completar a transformação da estrutura dominó para a pérola. Considerando que nenhuma transformação é observado quando o comprimento do defeito excede alguns nanômetros e ocorre abaixo de 500 K, "explica o Dr. Thorsten Meiners, primeiro autor da publicação e ex-doutorando do MPIE. Além disso, as fases de contorno de grão são caracterizadas por propriedades diferentes, que determinam como as fases da interface se movem, como eles absorvem elementos de impureza ou como eles se deformam mecanicamente.

p "Portanto, compreender como os limites dos grãos se transformam fornece uma nova visão sobre fenômenos materiais ainda inexplicados, como o crescimento anormal de grãos, e abre novas maneiras de considerar as transições de interface como um elemento de design de material, "afirma o Prof. Gerhard Dehm, diretor do MPIE. Os diferentes estados de limites de grão ou interfaces podem ter um forte impacto no comportamento de corrosão dos materiais, como eles se comportam sob condições catalíticas ou mesmo desempenham um papel importante na falha de dispositivos microeletrônicos. Os cientistas pretendem ampliar as observações atuais para experimentos feitos em diferentes temperaturas, sob estresse e na presença de impurezas. O objetivo é estabelecer uma compreensão completa dessas transformações de fase, sendo, assim, capaz de projetar propriedades de materiais, alcançando uma engenharia holística de contorno de grão.