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Sep 11, 2023

Física

Una lámina de metal que puede soldar sus propias grietas puede parecer un concepto sacado de las páginas de una novela de ciencia ficción. Pero esa autocuración es exactamente lo que Brad Boyce de Sandia National Laboratories en

Una lámina de metal que puede soldar sus propias grietas puede parecer un concepto sacado de las páginas de una novela de ciencia ficción. Pero esa autocuración es exactamente lo que Brad Boyce de los Laboratorios Nacionales Sandia en Nuevo México y sus colegas captaron recientemente durante experimentos que exploraban las propiedades de las películas de platino dañadas [1]. Sus observaciones son las primeras en este comportamiento, que podrían tener implicaciones para el desarrollo de infraestructura resistente a la fatiga mecánica.

A lo largo de los años, varios científicos han teorizado que, en un ambiente no oxidativo, cualquier grieta que se desarrolle en un metal debería cerrarse por sí sola. Se predice que esta llamada autocuración surgirá si los átomos vuelven a acercarse a medida que las tensiones de compresión locales empujan a los átomos a reformar los enlaces. "El proceso es similar a la soldadura en frío", dice Boyce, que es cuando los materiales en el vacío se adhieren entre sí sin la ayuda de fusión o calor. Pero hasta ahora nadie había visto realizarse esta soldadura.

Boyce y su equipo se toparon con su observación mientras observaban una propiedad relacionada de los metales: cómo los límites de los granos dentro de una hoja cristalina de metal platino de nanómetros de espesor se mueven y cambian de forma cuando el material se somete a una carga cíclica. Al realizar experimentos a temperatura ambiente y dentro del ambiente de vacío de un microscopio electrónico, el equipo notó que las grietas de fatiga que se formaban durante la carga crecían y luego retrocedían.

El equipo también observó que las grietas cicatrizadas no se volvían a abrir. Más bien, a medida que la carga cíclica continuó, las grietas posteriores siguieron sus propios caminos únicos. El material parecía estar “curándose” por sí mismo. "Eso fue realmente sorprendente para mí", dice Boyce. El equipo también exploró el comportamiento de autocuración del cobre y encontró evidencia de que las grietas en el cobre también pueden volver a soldarse entre sí.

Boyce dice que las observaciones del equipo sugieren que las posiciones de los átomos en el material se reconfiguran durante el proceso de curación, lo que lleva a un cambio en la trayectoria del camino más débil, y agrega que se necesitarán más estudios para explicar completamente este comportamiento. Boyce dice que, si bien aún no puede especular sobre si las propiedades mecánicas de la lámina de platino cambiaron debido al agrietamiento, la curación y la reconfiguración, las observaciones sugieren que la curación de alguna manera hizo que la región local alrededor de una grieta cerrada fuera más resistente a la fatiga.

Aunque la idea de un metal autocurativo podría evocar ideas interesantes sobre puentes que pueden reparar las grietas que se forman en sus estructuras, evitando un colapso devastador, o sobre automóviles que emergen ilesos de accidentes, el proceso de soldadura aún no se ha observado en condiciones atmosféricas. . Reinhard Pippan, físico jubilado de la Academia de Ciencias de Austria, sugiere que la exposición al aire provocaría oxidación en los límites de la grieta. La teoría indica que esta oxidación debería prohibir la autocuración. Pero si las grietas se formaran dentro del metal, se podría observar el mismo comportamiento.

Boyce dice que él y su equipo tienen otro microscopio electrónico que puede usarse para realizar experimentos en el aire. Planean utilizar la herramienta para estudiar el proceso de autocuración en un ambiente que contiene oxígeno. También se necesitan experimentos con bloques metálicos más grandes para ver cómo se desarrolla el fenómeno en sistemas relevantes para aplicaciones del mundo real, como el desarrollo de estructuras marinas y otras infraestructuras. Hay un enorme conjunto de industrias interesadas en metales que sean más resistentes a la fatiga, afirma Boyce. Pero añade que "todavía se necesita mucha más investigación antes de que podamos comercializar este [fenómeno] y aprovecharlo al máximo".

-Allison Gasparini

Allison Gasparini es una escritora científica independiente que vive en Santa Cruz, CA.

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