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    Cuasicristales resucitados:los hallazgos hacen que un material exótico sea comercialmente viable

    Crédito:CC0 Public Domain

    Una clase de materiales que alguna vez pareció revolucionar todo, desde las células solares hasta las sartenes, pero que cayó en desgracia a principios de la década de 2000, podría estar preparada para la resurrección comercial. sugieren los hallazgos de un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Michigan.

    Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el estudio demuestra una forma de hacer cuasicristales mucho más grandes de lo que era posible antes, sin los defectos que plagaron a los fabricantes del pasado y llevaron a los cuasicristales a ser descartados como una curiosidad intelectual.

    "Una de las razones por las que la industria abandonó los cuasicristales es porque están llenos de defectos, "dijo Ashwin Shahani, Profesor asistente de la U-M de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería química y autor correspondiente del artículo. "Pero esperamos traer cuasicristales de vuelta a la corriente principal. Y este trabajo sugiere que se puede hacer".

    Cuasicristales, que tienen la estructura ordenada pero no los patrones repetidos de los cristales ordinarios, se puede fabricar con una variedad de propiedades seductoras. Pueden ser muy duras o muy resbaladizas. Pueden absorber el calor y la luz de formas inusuales y exhibir propiedades eléctricas exóticas. entre muchas otras posibilidades.

    Pero los fabricantes que comercializaron por primera vez el material pronto descubrieron un problema:pequeñas grietas entre cristales, llamados límites de grano, que invitan a la corrosión, haciendo que los cuasicristales sean susceptibles de fallar. El desarrollo comercial de cuasicristales se ha dejado de lado en su mayoría desde entonces.

    Pero los nuevos hallazgos del equipo de Shahani muestran que, bajo ciertas condiciones, pequeños cuasicristales pueden colisionar y fusionarse, formando un solo cristal grande sin ninguna de las imperfecciones del límite de grano que se encuentran en grupos de cristales más pequeños. Shahani explica que el fenómeno fue una sorpresa durante un experimento diseñado para observar la formación del material.

    "Parece que los cristales se están curando solos después de la colisión, transformar un tipo de defecto en otro tipo que eventualmente desaparece por completo, ", dijo." Es extraordinario, dado que los cuasicristales carecen de periodicidad ".

    Los cristales comienzan como sólidos en forma de lápiz que miden una fracción de milímetro, suspendido en una mezcla fundida de aluminio, cobalto y níquel, que el equipo puede observar en tiempo real y en 3D mediante tomografía de rayos X. A medida que la mezcla se enfría, los diminutos cristales chocan entre sí y se funden, finalmente transformándose en un solo cuasicristal grande que es varias veces más grande que los cuasicristales constituyentes.

    Después de observar el proceso en el Laboratorio Nacional Argonne, el equipo lo replicó virtualmente con simulaciones por computadora. Al ejecutar cada simulación en condiciones ligeramente diferentes, pudieron identificar las condiciones exactas bajo las cuales los pequeños cristales se fusionarán en otros más grandes. Ellos encontraron, por ejemplo, que los diminutos cristales en forma de lápiz deben enfrentarse entre sí dentro de un cierto rango de alineación para colisionar y fusionarse. Las simulaciones se realizaron en el laboratorio de Sharon Glotzer, el profesor universitario distinguido de ingeniería John Werner Cahn y autor correspondiente del artículo.

    "Es emocionante cuando tanto los experimentos como las simulaciones pueden observar los mismos fenómenos que ocurren en la misma duración y escalas de tiempo, ", Dijo Glotzer." Las simulaciones pueden ver detalles del proceso de cristalización que los experimentos no pueden ver del todo, y viceversa, para que sólo juntos podamos comprender plenamente lo que está sucediendo ".

    Si bien la comercialización de la tecnología probablemente faltará años, En última instancia, los datos de simulación podrían resultar útiles en el desarrollo de un proceso para producir de manera eficiente grandes cuasicristales en cantidades a escala de producción. Shahani anticipa el uso de la sinterización, un proceso industrial bien conocido en el que los materiales se fusionan utilizando calor y presión. Es una meta lejana pero Shahani dice que el nuevo estudio abre una nueva vía de investigación que algún día podría hacer que suceda.

    Por ahora, Shahani y Glotzer están trabajando juntos para comprender más sobre los defectos de cuasicristal, incluyendo cómo se forman, moverse y evolucionar.

    El artículo se titula "Formación de un solo cuasicristal tras la colisión de varios granos". El equipo de investigación también incluye el Laboratorio Nacional Brookhaven.


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