Tecnologia Científica

Nova técnica constra³i metais superduros a partir de nanoparta­culas
Em um artigo publicado na revista Chem , os pesquisadores mostram um manãtodo para esmagar nanoclusters individuais de metal para formar pedaço s sãolidos em macro escala de metal sãolido.
Por Kevin Stacey - 23/01/2021


Essa "moeda" de ouro foi feita de blocos de construção de nanoparta­culas, graças a uma nova técnica desenvolvida por pesquisadores da Brown University. A fabricação de metais a granel dessa maneira permite a precisão da microestrutura do metal, o que aprimora suas propriedades meca¢nicas. Crédito: Chen Lab / Brown University

Os metalaºrgicos tem todos os tipos de maneiras de tornar um pedaço de metal mais duro. Eles podem dobra¡-lo, torcaª-lo, coloca¡-lo entre dois rolos ou martela¡-lo. Esses manãtodos funcionam quebrando a estrutura de gra£o do metal - os doma­nios cristalinos microsca³picos que formam um grande pedaço de metal. Os gra£os menores tornam os metais mais duros.

Agora, um grupo de pesquisadores da Brown University encontrou uma maneira de personalizar estruturas de gra£os meta¡licos de baixo para cima. Em um artigo publicado na revista Chem , os pesquisadores mostram um manãtodo para esmagar nanoclusters individuais de metal para formar pedaço s sãolidos em macro escala de metal sãolido. Os testes meca¢nicos dos metais fabricados usando a técnica mostraram que eles eram atéquatro vezes mais duros do que as estruturas de metal que ocorrem naturalmente.

"Martelamento e outros manãtodos de endurecimento são formas de cima para baixo de alterar a estrutura do gra£o , e émuito difa­cil controlar o tamanho do gra£o que vocêacaba obtendo", disse Ou Chen, professor assistente de química da Brown e autor correspondente da nova pesquisa . "O que fizemos foi criar blocos de construção de nanoparta­culas que se fundem quando vocêos espreme. Dessa forma, podemos ter tamanhos de gra£os uniformes que podem ser ajustados com precisão para propriedades aprimoradas."

Para este estudo, os pesquisadores fizeram "moedas" em escala centimanãtrica usando nanoparta­culas de ouro, prata, pala¡dio e outros metais. Itens deste tamanho podem ser aºteis para fazer materiais de revestimento de alto desempenho, eletrodos ou geradores termoelanãtricos (dispositivos que convertem fluxos de calor em eletricidade). Mas os pesquisadores acreditam que o processo poderia ser facilmente ampliado para fazer revestimentos de metal superduros ou componentes industriais maiores.

A chave do processo, diz Chen, éo tratamento qua­mico dado aos blocos de construção das nanopartículas Nanoparta­culas de metal são normalmente cobertas por moléculas orga¢nicas chamadas ligantes, que geralmente evitam a formação de ligações metal-metal entre as partículas Chen e sua equipe encontraram uma maneira de remover esses ligantes quimicamente, permitindo que os aglomerados se fundissem com apenas um pouco de pressão.

As moedas de metal feitas com a técnica eram substancialmente mais duras do que o metal padra£o, mostrou a pesquisa. As moedas de ouro, por exemplo, eram duas a quatro vezes mais duras do que o normal. Outras propriedades como condução elanãtrica e refleta¢ncia de luz eram virtualmente idaªnticas aos metais padra£o, descobriram os pesquisadores.

Pesquisadores da Brown University demonstraram uma maneira de fazer metais a granel
a partir de blocos de construção de nanopartículas Para um novo estudo, a equipe fez
"moedas" de metal a partir de nanoparta­culas de ouro, prata, pala¡dio e outros metais.
Crédito: Chen lab / Brown University

As propriedades a³pticas das moedas de ouro eram fascinantes, diz Chen, pois houve uma mudança drama¡tica de cor quando as nanoparta­culas foram comprimidas em metal.
 
"Por causa do que éconhecido como efeito plasma´nico, as nanoparta­culas de ouro são, na verdade, de cor preto-paºrpura", disse Chen. "Mas quando aplicamos pressão, vemos esses aglomerados arroxeados de repente se transformarem em uma cor dourada brilhante. Essa éuma das maneiras pelas quais saba­amos que hava­amos formado ouro em massa."

Em teoria, diz Chen, a técnica poderia ser usada para fazer qualquer tipo de metal. Na verdade, Chen e sua equipe mostraram que podiam fazer uma forma exa³tica de metal conhecida como vidro meta¡lico . Os vidros meta¡licos são amorfos, o que significa que não tem a estrutura cristalina que se repete regularmente, como os metais normais. Isso da¡ origem a propriedades nota¡veis. Os vidros meta¡licos são moldados com mais facilidade do que os metais tradicionais, podem ser muito mais fortes e resistentes a rachaduras e exibem supercondutividade em baixas temperaturas.

"Fazer vidro meta¡lico a partir de um aºnico componente énotoriamente difa­cil de fazer, então a maioria dos vidros meta¡licos são ligas", disse Chen. "Mas fomos capazes de comea§ar com nanoparta­culas de pala¡dio amorfo e usar nossa técnica para fazer um vidro meta¡lico de pala¡dio."

Chen diz estar esperana§oso de que a técnica um dia possa ser amplamente utilizada para produtos comerciais. O tratamento qua­mico usado nos nanoclusters ébastante simples, e as pressaµes usadas para comprimi-los estãobem dentro da faixa do equipamento industrial padra£o. Chen patenteou a técnica e espera continuar estudando-a.

"Achamos que hámuito potencial aqui, tanto para a indústria quanto para a comunidade de pesquisa cienta­fica", disse Chen.

 

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