Es una característica bien conocida de los metales que la flexión repetida en el mismo lugar puede hacer que el material se debilite y finalmente se rompa; este fenómeno, conocido como fatiga del metal, puede causar daños graves a los componentes metálicos sometidos a esfuerzos repetidos.
Pero ahora, los investigadores del MIT, la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad Xi'an Jiaotong y otros lugares han descubierto que, bajo ciertas condiciones, el estiramiento leve repetido de piezas de metal a nanoescala puede fortalecer un material al eliminar defectos en su estructura cristalina.
El nuevo hallazgo se informa esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , en un documento escrito por Ming Dao y Ju Li del MIT, Subra Suresh de Carnegie Mellon, Zhiwei Shan de la Universidad Xi'an Jiaotong, y otros en China y en la Universidad Johns Hopkins. Se refieren al nuevo proceso como "curación cíclica "
"Si bien la fatiga del metal se ha estudiado ampliamente en grandes volúmenes de materiales, se ha comprendido poco a escala atómica", dice Dao, un científico investigador principal en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT. Para remediar eso, el equipodecidió estudiar la fatiga del metal utilizando un microscopio electrónico de transmisión para observar los cambios a escala atómica en los defectos.
El equipo estudió principalmente lo que sucede en piezas pequeñas de aluminio monocristalino. Su objetivo era reducir o eliminar las imperfecciones microestructurales, como los defectos en la red cristalina conocidos como "dislocaciones", a través de ciclos cíclicos repetidos de pequeña amplitud.deformación, en lugar de recocido a base de calor.
Los investigadores encontraron que los pequeños desplazamientos repetidos del metal tienden a desplazar las dislocaciones de sus ubicaciones fijadas dentro del cristal. El cristal pequeño tiene una alta relación superficie / volumen, por lo que las dislocaciones son atraídas a la superficie, y la energía almacenadaen el metal debido a la presencia de los defectos podría reducirse. "Eventualmente, estos defectos pueden ser conducidos a la superficie", dice Dao.
Al "sacudir" las dislocaciones suavemente y repetidamente, los investigadores pudieron liberar el material relativamente de ellas; en consecuencia, la resistencia del material aumentó significativamente. Este fenómeno es contraintuitivo, porque es lo contrario de lo que uno ve en mucho más grandecristales metálicos, donde el estiramiento repetido a menudo aumenta la densidad del defecto y provoca la formación de grietas.
El proceso podría ayudar en la producción de piezas fuertes para aplicaciones de nanotecnología, como nanosensores mecánicos, sistemas nanoelectromecánicos y nanorobots.
"Este trabajo demuestra cómo la deformación cíclica, bajo ciertas condiciones controladas, puede conducir a la eliminación de defectos de cristales de pequeño volumen", dice Suresh, presidente de Carnegie Mellon y profesor emérito de ciencia e ingeniería de materiales y ex decano de ingeniería enMIT ". Además de señalar cómo estos mecanismos de deformación cíclica pueden ser muy diferentes de los observados en materiales de mayor volumen, este trabajo también ofrece nuevas vías para eliminar defectos de los cristales sin la necesidad de tratamiento térmico o cambio de forma.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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