Investigadores de la Universidad de Brown y el Instituto de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China han encontrado una nueva forma de usar nanotwins, pequeños límites lineales en la red atómica de un metal que tienen estructuras cristalinas idénticas a cada lado, para hacer metales más fuertes.
en un artículo en el diario ciencia , los investigadores muestran que variar el espacio entre los límites gemelos, en lugar de mantener un espacio constante en todo momento, produce mejoras dramáticas en la resistencia del metal y la tasa de endurecimiento del trabajo, la medida en que un metal se fortalece cuando se deforma.
Huajian Gao, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown que codirigió el trabajo, dice que la investigación podría apuntar hacia nuevas técnicas de fabricación de materiales de alto rendimiento.
"Este trabajo trata de lo que se conoce como un material degradado, es decir, un material en el que hay una variación gradual en su composición interna", dijo Gao. "Los materiales degradados son un área de investigación caliente porque a menudo tienen propiedades deseables en comparación con los materiales homogéneosEn este caso, queríamos ver si un gradiente en el espacio de nanotwin producía nuevas propiedades ".
Gao y sus colegas ya han demostrado que los nanotwins por sí mismos pueden mejorar el rendimiento del material. El cobre nanotwinned, por ejemplo, ha demostrado ser significativamente más fuerte que el cobre estándar, con una resistencia inusualmente alta a la fatiga. Pero este es el primer estudio que prueba elefectos del espaciado variable de nanotwin.
Gao y sus colegas crearon muestras de cobre usando cuatro componentes distintos, cada uno con un espacio de límites nanotwin diferente. Espacios que van desde 29 nanómetros entre límites hasta 72 nanómetros. Las muestras de cobre estaban compuestas de diferentes combinaciones de los cuatro componentes dispuestos en diferentes órdenes a lo largo delespesor de la muestra. Luego, los investigadores probaron la resistencia de cada muestra compuesta, así como la resistencia de cada uno de los cuatro componentes.
Las pruebas mostraron que todos los compuestos eran más fuertes que la resistencia promedio de los cuatro componentes de los que estaban hechos. Sorprendentemente, uno de los compuestos era realmente más fuerte que el más fuerte de sus componentes constituyentes.
"Para dar una analogía, pensamos que una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil", dijo Gao. "Pero aquí, tenemos una situación en la que nuestra cadena es realmente más fuerte que su eslabón más fuerte, que es realmentebastante sorprendente."
Otras pruebas mostraron que los compuestos también tenían tasas más altas de endurecimiento del trabajo que el promedio de sus componentes constituyentes.
Para comprender el mecanismo detrás de estos aumentos en el rendimiento, los investigadores utilizaron simulaciones por computadora de la estructura atómica de sus muestras bajo tensión. A nivel atómico, los metales responden a la tensión a través del movimiento de las dislocaciones: defectos de línea en la estructura cristalina donde los átomosson empujados fuera de lugar. La forma en que esas dislocaciones crecen e interactúan entre sí es lo que determina la fuerza de un metal.
Las simulaciones revelaron que la densidad de las dislocaciones es mucho mayor en el gradiente de cobre que en un metal normal.
"Encontramos un tipo único de dislocación que llamamos paquetes de dislocaciones concentradas, que conducen a dislocaciones en un orden de magnitud más denso de lo normal", dijo Gao. "Este tipo de dislocación no ocurre en otros materiales y es por eso que este gradienteel cobre es muy fuerte "
Gao dijo que si bien el equipo de investigación utilizó cobre para este estudio, los nanotwins también se pueden producir en otros metales. Por lo tanto, es posible que los gradientes de nanotwin puedan mejorar las propiedades de otros metales.
"Esperamos que estos hallazgos motiven a las personas a experimentar con gradientes gemelos en otros tipos de materiales", dijo Gao.
Otros autores en el estudio fueron Zhao Cheng, Haofei Zhou, Qiuhong Lu y Lei Lu. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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