(PhysOrg.com) - Los científicos de materiales han sabido que la fuerza (o debilidad) de un metal se rige por interacciones de dislocación, un intercambio desordenado de líneas de falla que se cruzan que se mueven u ondulan dentro de los cristales metálicos. Pero, ¿qué sucede cuando los metales se diseñan a nanoescala? ¿Hay alguna forma de hacer que los metales sean más fuertes y más dúctiles manipulando sus nanoestructuras?

Los científicos de la Universidad de Brown pueden haber descubierto una manera. En un artículo publicado en Naturaleza , Huajian Gao e investigadores de la Universidad de Alabama y China informan sobre un nuevo mecanismo que gobierna la fuerza máxima de los metales nanoestructurados. Al realizar simulaciones atómicas tridimensionales de granos divididos de metales nanoestructurados, Gao y su equipo observaron que las dislocaciones se organizan a sí mismas de forma muy ordenada, patrones en forma de collar en todo el material. La nucleación de este patrón de dislocación es lo que determina la resistencia máxima de los materiales, los investigadores informan.

El hallazgo podría abrir la puerta a producir más metales más dúctiles, dijo Gao, profesor de ingeniería en Brown. "Esta es una nueva teoría que rige la fuerza en la ciencia de los materiales, ", agregó." Su importancia es que revela un nuevo mecanismo de resistencia del material que es único para los materiales nanoestructurados ".

Divida un grano de metal utilizando una técnica especializada, y las piezas pueden revelar límites dentro del grano a los que los científicos se refieren como límites gemelos. Estos son generalmente planos, superficies de cristal que reflejan las orientaciones del cristal a través de ellas. Los autores chinos crearon límites nanotwinning en cobre y estaban analizando el espacio entre los límites cuando hicieron una observación interesante:el cobre se hizo más fuerte a medida que el espacio entre los límites disminuyó de 100 nanómetros, finalmente alcanzando un pico de fuerza a 15 nanómetros. Sin embargo, a medida que el espaciado disminuyó de 15 nanómetros, el metal se debilitó.

"Esto es muy desconcertante, "Dijo Gao.

Entonces, el estudiante graduado de Gao y Brown, Xiaoyan Li, cavaron un poco más. Los científicos de Brown reprodujeron el experimento de sus colaboradores en simulaciones por computadora con 140 millones de átomos. Utilizaron una supercomputadora en el Instituto Nacional de Ciencias Computacionales en Tennessee, lo que les permitió analizar los límites gemelos a escala atómica. Para su sorpresa, vieron un fenómeno completamente nuevo:un patrón de dislocación altamente ordenado controlado por nucleación se había afianzado y dictaba la fuerza del cobre. El patrón se caracterizó por grupos de átomos cerca del núcleo de dislocación y ensamblados en muy ordenados, patrones en forma de collar.

"No se interponen en el camino del otro. Son muy organizados, "Dijo Gao.

De los experimentos y el modelado por computadora, los investigadores teorizan que a nanoescala, La nucleación por dislocación puede convertirse en el principio rector para determinar la fuerza o la debilidad de un metal. Los autores presentaron una nueva ecuación en el artículo de Nature para describir el principio.

"Nuestro trabajo proporciona un ejemplo concreto de un mecanismo de deformación controlado en fuente en materiales nanoestructurados por primera vez y, como tal, se puede esperar que tenga un impacto profundo en el campo de la ciencia de los materiales, "Dijo Gao.