Los metalúrgicos tienen todo tipo de formas de endurecer un trozo de metal. Pueden doblarlo torcerla, páselo entre dos rodillos o golpéelo con un martillo. Estos métodos funcionan rompiendo la estructura del grano del metal, los dominios cristalinos microscópicos que forman una pieza de metal a granel. Los granos más pequeños producen metales más duros.

Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Brown ha encontrado una manera de personalizar las estructuras de grano metálico de abajo hacia arriba. En un artículo publicado en la revista Chem , Los investigadores muestran un método para romper nanoclusores metálicos individuales para formar trozos sólidos de metal sólido a escala macro. Las pruebas mecánicas de los metales fabricados con la técnica mostraron que eran hasta cuatro veces más duros que las estructuras metálicas naturales.

"El martilleo y otros métodos de endurecimiento son formas de arriba hacia abajo de alterar la estructura del grano, y es muy difícil controlar el tamaño de grano con el que terminas, "dijo Ou Chen, profesor asistente de química en Brown y autor correspondiente de la nueva investigación. "Lo que hemos hecho es crear bloques de construcción de nanopartículas que se fusionan cuando los aprietas. De esta manera podemos tener tamaños de grano uniformes que se pueden ajustar con precisión para propiedades mejoradas".

Para este estudio, los investigadores hicieron "monedas" a escala de centímetros usando nanopartículas de oro, plata, paladio y otros metales. Los artículos de este tamaño podrían ser útiles para fabricar materiales de revestimiento de alto rendimiento, electrodos o generadores termoeléctricos (dispositivos que convierten los flujos de calor en electricidad). Pero los investigadores creen que el proceso podría ampliarse fácilmente para producir recubrimientos de metal superduro o componentes industriales más grandes.

La clave del proceso, Chen dice, es el tratamiento químico que se le da a los componentes básicos de las nanopartículas. Las nanopartículas metálicas suelen estar cubiertas con moléculas orgánicas llamadas ligandos, que generalmente previenen la formación de enlaces metal-metal entre partículas. Chen y su equipo encontraron una manera de eliminar esos ligandos químicamente, permitiendo que los grupos se fusionen con solo un poco de presión.

Las monedas de metal hechas con la técnica eran sustancialmente más duras que las de metal estándar, la investigación mostró. Las monedas de oro por ejemplo, eran de dos a cuatro veces más difíciles de lo normal. Otras propiedades como la conducción eléctrica y la reflectancia de la luz eran prácticamente idénticas a las de los metales estándar. los investigadores encontraron.

Las propiedades ópticas de las monedas de oro eran fascinantes, Chen dice, ya que hubo un cambio de color dramático cuando las nanopartículas se comprimieron en metal a granel.

"Debido a lo que se conoce como efecto plasmónico, las nanopartículas de oro son en realidad de color negro violáceo, ", Dijo Chen." Pero cuando aplicamos presión, vemos que estos racimos violáceos de repente se vuelven de un color dorado brillante. Esa es una de las formas en que supimos que en realidad habíamos formado oro a granel ".

En teoria, Chen dice, la técnica podría utilizarse para hacer cualquier tipo de metal. De hecho, Chen y su equipo demostraron que podían hacer una forma exótica de metal conocida como vidrio metálico. Los vidrios metálicos son amorfos, lo que significa que carecen de la estructura cristalina que se repite regularmente de los metales normales. Eso da lugar a propiedades notables. Los vidrios metálicos se moldean más fácilmente que los metales tradicionales, puede ser mucho más fuerte y resistente a las grietas, y exhiben superconductividad a bajas temperaturas.

"Hacer vidrio metálico a partir de un solo componente es muy difícil de hacer, por lo que la mayoría de los vidrios metálicos son aleaciones, ", Dijo Chen." Pero pudimos comenzar con nanopartículas de paladio amorfo y usar nuestra técnica para hacer un vidrio metálico de paladio ".

Chen dice que tiene la esperanza de que algún día la técnica pueda ser ampliamente utilizada para productos comerciales. El tratamiento químico utilizado en los nanoclusters es bastante simple, y las presiones utilizadas para comprimirlos entre sí están dentro del rango de los equipos industriales estándar. Chen ha patentado la técnica y espera seguir estudiándola.

"Creemos que hay mucho potencial aquí, tanto para la industria como para la comunidad de investigación científica, "Dijo Chen.