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Metais superduros com nanopartículas

Pesquisadores conseguiram construir metais com muito mais dureza do que os equivalentes naturais, usando nanopartículas como blocos de construção.

Fonte: Phys.org (Traduzido para o Português)

Os metalúrgicos têm todos os tipos de formas para tornar um pedaço de metal mais duro. Eles podem dobrá-lo, torcê-lo, colocá-lo entre dois rolos ou martelá-lo. Estes métodos funcionam para quebrar a estrutura de grão do metal, o domínio cristalino que forma um pedaço do metal. Grãos menores tornam os metais mais duros.

Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade Brown encontraram uma forma de customizar estruturas de grãos de metal de baixo para cima. Em um paper publicado no jornal Chem, os pesquisadores mostraram um método para pressionar nanogrupos individuais de metal juntos, para formar pedaços sólidos em macroescala. Testes mecânicos dos metais fabricados mostraram que eram 4 vezes mais duros do que as estruturas naturais de metal.

“Martelar e outros métodos de endurecimento são formas de cima para baixo de alterar a estrutura de grãos e é muito difícil controlar o tamanho dos grãos”, disse Ou Chen, um professor assistente de Química da Brown, autor correspondente da nova pesquisa. “O que nós fizemos foi criar nanopartículas, construindo blocos que se fundem quando você os pressiona. Desta forma, nós podemos ter tamanhos de grãos uniformes que podem ser ajustados com precisão para obter propriedades aprimoradas.”

Para este estudo, os pesquisadores fizeram “moedas” em tamanho de centímetros, usando nanopartículas de ouro, prata, paládio e outros metais. Itens deste tamanho podem ser úteis em fazer materiais de revestimento de alto desempenho, eletrodos ou geradores termelétricos (dispositivos que convertem fluxos de calor em eletricidade). Mas os pesquisadores pensaram que o processo poderia ser facilmente ampliado para revestimentos de metal superduro ou componentes industrias maiores.

Muitas ligas metálicas superduras podem ser criadas com esta técnica.

moeda construída a partir de nanopartículas
Uma moeda de ouro feita com nanopartículas. Mesma fonte da notícia.

Segundo Chen, a chave para o processo é o tratamento químico dados às nanopartículas. Nanopartículas de metal são tipicamente cobertas por moléculas orgânicas chamadas de ligantes, que geralmente impedem a formação de ligações metal-metal entre as partículas. Chen e sua equipe descobriram um meio de remover os ligantes quimicamente, permitindo os blocos se juntarem com um pouco de pressão.

As moedas metálicas feitas com esta técnica eram substancialmente mais duras do que o metal padrão, mostra a pesquisa. As moedas de ouro, por exemplo, eram de 2 a 4 vezes mais duras que o normal. Os pesquisadores descobriram que outras propriedades como condutividade elétrica e refletância da luz eram idênticas aos metais padrão.

Propriedades óticas e plasmônica

“As propriedades óticas das moedas de ouro eram fascinantes”, disse Chen, “pois houve uma mudança drástica de cor quando as nanopartículas foram comprimidas”.

“Por causa do que é conhecido como efeito plasmônico, nanopartículas de ouro são na verdade de cor preta arroxeada”, disse Chen. “Mas quando nós aplicamos uma pressão, vemos esta cor se tornar dourado brilhante. Esta é uma das formas pelas quais sabíamos que havíamos formado massa de ouro.

Segundo Chen, teoricamente, a técnica pode ser usada para fazer qualquer tipo de metal. Chen e sua equipe mostraram que podem fazer uma forma exótica de metal conhecida como vidro metálico. Vidros metálicos são amorfos, significa que carecem da estrutura cristalina de repetição dos metais normais. Isso dá origem a propriedades notáveis. Vidros metálicos são mais facilmente moldados que os tradicionais, podem ser mais fortes e resistentes a rachaduras e, exibir supercondutividade a baixas temperaturas.

Para saber mais sobre plasmônica, clique no link abaixo.

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