Por extraño que parezca, el acero tiene algo en común con los apéndices bacterianos:ambos pueden sufrir un tipo especial de transformación física que sigue siendo desconcertante. Ahora, Investigadores de Japón y China han utilizado observaciones microscópicas directas para proporcionar más claridad sobre cómo se produce esta transformación.

En un estudio publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio y el Departamento de Física de la Universidad de Fudan han revelado detalles físicos previamente desconocidos que sustentan las transiciones cristalinas de fase sólida a sólida en materiales blandos. y posiblemente cómo los investigadores pueden explotar más plenamente las propiedades de los materiales avanzados.

Un tipo especial de transición de fase sólida a sólida, conocida como transición martensítica, es una frontera apasionante en la medicina, tecnología, y otros campos. La transición martensítica está habilitada por un movimiento coordinado de átomos en un material, que cambia las propiedades del material sin cambiar su composición química. Tanto las aleaciones metálicas como las proteínas pueden sufrir esta transición. Los investigadores plantean la hipótesis de que en materiales blandos fácilmente deformables, la transición puede ocurrir de manera diferente a las observadas en materiales duros con defectos estables. En el presente, esta hipótesis es difícil de probar, algo que los investigadores intentaron abordar.

"Tradicionalmente, Ha sido un desafío observar microscópicamente el proceso dinámico de las transiciones martensíticas en materiales blandos a nivel de una sola partícula, ", dice el coautor principal del estudio, Hajime Tanaka." Uno debe idear un medio para hacerlo de una manera que inicie rápidamente la transición sin perturbaciones dañinas para el sistema ".

Para hacer esto, los investigadores utilizaron una técnica suave conocida como intercambio iónico; en principio, el mismo método utilizado para eliminar los iones de calcio y magnesio del agua, para cambiar rápidamente la estructura cristalina de las micropartículas poliméricas. Se puede observar la cinética de las transiciones martensíticas resultantes con un microscopio con resolución de una sola partícula.

"Los resultados de la microscopía fueron inequívocos, "explica Peng Tan, coautor principal del estudio. "Observamos tres mecanismos previamente desconocidos por los cuales se forman cristales coloidales blandos cúbicos centrados en el cuerpo a partir de cristales cúbicos centrados en la cara, dependiendo de la condición ".

Los investigadores examinaron las características de estas vías, denominadas nucleación en grano activada térmicamente, nucleación asistida por fusión previa al límite de grano, y crecimiento asistido por paredes, con especial atención a cómo se reduce la barrera energética para la transición en cada caso.

"La suavidad de un cristal juega un papel crítico en la nucleación en grano activada térmicamente, "explica Tanaka". las otras dos vías pueden ocurrir incluso en materiales duros ".

Estos resultados tienen diversas aplicaciones. Por ejemplo, algunos productos farmacéuticos pueden alterar su disponibilidad en el organismo mediante transiciones de fase sólida a sólida; por lo tanto, comprender cómo controlar cuándo y dónde ocurren tales transiciones podría proporcionar un nuevo medio de administración de fármacos dirigida. Una mayor comprensión de los mecanismos físicos de las transformaciones de sólido a sólido respalda el desarrollo de nuevos materiales que se pueden adaptar para las aplicaciones.