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» » » Construir mejores materiales estructurales

Referencia: Carnegie.Science.edu, 13 diciembre 2012

Cuando los materiales están estresados, con el tiempo cambian de forma. Al principio estos cambios son elásticos, y son reversibles cuando la tensión se alivia. Cuando se excede la resistencia del material, los cambios se vuelven permanentes. Esto puede dar lugar a que el material se rompa o aplaste, pero también podría volver a dar forma al material, igual que un martillo que impacta en una pieza de metal. Comprender este último grupo de cambios es el foco de la investigación de un equipo al que pertenece Ho-kwang "Dave" Mao, de la universidad de Carnegie.

La investigación de vanguardia sobre el comportamiento de los nanocristales de níquel bajo una intensa presión se ​​publicó el 14 de diciembre de Science. Sus hallazgos podrían ayudar a los científicos e ingenieros a crear fuertes y más duraderos materiales. También puede ayudar a los geólogos a entender los eventos tectónicos y los seísmos.

Se cree que los cambios permanentes en los granos metálicos cuando están bajo presión están asociados con el movimiento de irregularidades estructurales de los granos, llamados dislocaciones+. Pero la deformación de los materiales nanocristalinos ha sido siempre controvertido, ya que se pensaba que por debajo de un cierto tamaño de grano, las irregularidades estructurales no se formarían, y que la deformación sería dictada en su lugar por los movimientos fronterizos entre granos. Según el análisis de ordenador, este límite crítico ocurriría en nanocristales entre 10 y 30 nm. de tamaño.

El trabajo experimental con nanocristales bajo presión ha estado limitado por dificultades técnicas. Sin embargo, las nuevas capacidades que utilizan una técnica llamada difracción de rayos X sobre célula de diamante radial, ha abierto la puerta para ir más allá en el modelado por ordenador y en el laboratorio.

Un equipo, liderado por Bin Chen, del Lawrence Berkeley National Laboratory, fue capaz de demostrar que las actividades de las irregularidades estructurales que acompañan a la deformación se produce incluso en nanocristales de níquel de 3 nanómetros de tamaño, cuando están comprimidos a más de 183.000 veces la presión atmosférica normal (18,5 gigapascales). Esto demuestra que la así llamada dislocación asociada a la deformación, no es una función tanto de la presión como del tamaño de partícula, como se creía anteriormente, sino que el tamaño de partícula puede ser menor del que había previsto el modelado por ordenador.

"Estos hallazgos ayudan a limitar la física fundamental de la deformación bajo presión a una escala muy pequeña", señaló Mao. "Asimismo, demuestra que la difracción de rayos X sobre célula de diamante radial puede ayudarnos a entender estos procesos".


- Imagen: El azimut (0~360 º) de una magen de difracción desenrollada (arriba) y las figuras de polo invertido a lo largo de la dirección de compresión (abajo) de 3 nm. de níquel a 38 gigapascales. Las flechas largas y gruesas representan la dirección de compresión máxima y las flechas cortas y delgadas la dirección de compresión mínima. Las curvaturas dentro de las líneas de difracción indican que la muestra está estresada. La textura es tan evidente como las variaciones de intensidad sistemáticas de los picos de difracción a lo largo de la dirección del acimut. La fuerza de la textura se expresa como múltiplos de distribución al azar (m.r.d.), donde m.r.d. = 1 denota la distribución aleatoria, y un más alto m.r.d. representa una textura más fuerte. La imagen es de Bin Chen.
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