Algunos cristales orgánicos saltan cuando se calientan. Esto sucede debido a un cambio extremadamente rápido en su estructura cristalina. En el diario Angewandte Chemie , los científicos han demostrado que los cristales envían señales acústicas durante este proceso, lo que puede ser útil para analizar las características de este fenómeno. Los investigadores demostraron que este proceso es análogo a las transiciones martensíticas observadas en el acero y algunas aleaciones.
La martensita es una forma de acero hecha al apagar la austenita, y le da su nombre a un tipo particular de transición de fase. El enfriamiento rápido de la austenita no permite que los átomos adopten su estructura preferida a la temperatura más baja. En cambio, se muevenal unísono para formar la red de martensita. En los cristales que saltan, una gran cantidad de átomos también cambian sus posiciones de red en concierto. La alta velocidad de este fenómeno y el hecho de que los cristales a menudo explotan han imposibilitado previamente probar esta teoría.los detalles, y haga uso de este efecto termosaliente, como se le conoce. La capacidad de los cristales de salto para transformar muy rápidamente el calor en movimiento o trabajo es potencialmente útil para el desarrollo de músculos artificiales o brazos robóticos a microescala.
Partiendo de la suposición de que la liberación repentina de la tensión elástica acumulada en los cristales que saltan da como resultado ondas acústicas relativamente fuertes, similares a las ondas sísmicas de un terremoto, el equipo de la Universidad de Nueva York, Abu Dhabi, el Sincrotrón Electrónico Alemán DESY enHamburgo y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart se pusieron manos a la obra. Dirigidos por Pance Naumov, los investigadores decidieron estudiar los cristales del aminoácido vegetal L-ácido piroglutámico L-PGA. Estos cristales saltarines cambian su cristalestructura cuando se calienta a entre 65 y 67 ° C; vuelven a su estructura inicial al enfriarse entre 55.6 y 53.8 ° C, como lo demuestra la cristalografía de rayos X con radiación sincrotrón.
Como se postuló, los cristales emiten señales acústicas claras durante la transición. Estas señales se pueden registrar con un sensor piezoeléctrico. El número, la amplitud, la frecuencia y la forma de las señales dieron a los investigadores información sobre la dinámica y el mecanismo del efectoLa intensidad y la energía de la onda acústica inicial fueron significativamente más altas y el tiempo de subida más corto que para las ondas posteriores. La razón de esto es la propagación más eficiente de la onda elástica a través del medio libre de defectos al comienzo de la transición de fase.A medida que avanza la transición, aumenta el número de microfisuras, lo que disminuye el estrés elástico.
El límite de fase entre las diferentes estructuras de cristal progresa a 2.8 m / s en L-PGA, que es varios miles de veces más rápido que otras transiciones de fase. Sin embargo, las dos estructuras de cristal son más similares entre sí de lo esperado. La transición implicaexpansiones en dos dimensiones y una contracción en la tercera, todo en el rango de solo 0.5-1.7%.
"Nuestro estudio muestra que los cristales saltadores son una clase de materiales análogos a la martensita inorgánica, y esto podría ser de gran importancia para aplicaciones como la electrónica totalmente orgánica", dice Naumov. "Las técnicas de emisión acústica finalmente ofrecen una visión directa de estostransiciones rápidas. Nuestros resultados indican que la materia orgánica que normalmente se percibe como blanda y quebradiza, y los materiales mucho más duros, como los metales y las aleaciones metálicas, no son tan diferentes, al menos a nivel molecular. La investigación sobre el estado sólido orgánico podríanos permiten obtener una mejor comprensión de los efectos macroscópicos relacionados ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Wiley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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